Capitulo II: Estudio ACV – Impacto Ambiental

Transcripción

BID
MME
MADR
MAVDT
DNP
Banco Interamericano de Desarrollo
Ministerio de Minas y Energía
Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural
Ministerio del Medio Ambiente y Desarrollo Territorial
Departamento Nacional de Planeación
Proyecto:
“Estrategias de energía sostenible y biocombustibles
para Colombia ATN/JC-10826-CO y ATN/JF-10827-CO"
“Evaluación del ciclo de vida de la cadena de producción de
biocombustibles en Colombia”.
Capitulo II:
Estudio ACV – Impacto Ambiental
PREPARADO PARA:
Banco Interamericano de Desarrollo (BID) –
Ministerio de Minas y Energía
ELABORADO POR:
Consorcio CUE
FECHA:
Enero 2012
CIUDAD:
Medellín
1
TABLA DE CONTENIDO
1
OBJETIVO .................................................................................................................................................................. 1
2
METODOLOGÍA – ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA .............................................................................................. 2
2.1
ALCANCE .............................................................................................................................................................. 3
2.1.1
Unidad funcional ........................................................................................................................................... 3
2.1.2
Límites del sistema ........................................................................................................................................ 4
2.1.3
Método de asignación ................................................................................................................................... 5
2.2
3
INFORMACIÓN PARA EL INVENTARIO ........................................................................................................................ 5
2.2.1
Tipos y fuentes de datos ................................................................................................................................ 6
2.2.2
Modelos de emisión - Campo ...................................................................................................................... 7
2.2.3
Cambio del uso del suelo .............................................................................................................................. 8
2.2.4
Análisis del cambio indirecto en el uso del suelo (iLUC) ............................................................................. 9
2.3
EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL .................................................................................................................. 10
2.4
INTERPRETACIÓN ................................................................................................................................................. 11
2.5
LIMITACIONES DEL ESTUDIO .................................................................................................................................. 11
ANÁLISIS DE INVENTARIO .................................................................................................................................. 13
3.1
CULTIVO DE CAÑA DE AZÚCAR .............................................................................................................................. 13
3.1.1
Introducción................................................................................................................................................. 13
3.1.2
Selección del sitio de estudio ...................................................................................................................... 14
3.1.3
Sistema de producción agrícola.................................................................................................................. 16
3.1.4
Productividad .............................................................................................................................................. 19
3.1.5
Caracterización del sistema ........................................................................................................................ 20
3.1.6
Materias primas y auxiliares ....................................................................................................................... 21
3.1.6.1
Plántulas .......................................................................................................................................................................... 21
3.1.6.2
Aplicación de fertilizantes ............................................................................................................................................ 21
3.1.6.3
Control biológico y aplicación de pesticidas ............................................................................................................ 23
3.1.6.4
Irrigación y drenaje ....................................................................................................................................................... 23
3.1.7
Uso de maquinaria y energía ..................................................................................................................... 26
3.1.8
Transporte.................................................................................................................................................... 29
3.1.9
Cambio del uso del suelo ............................................................................................................................ 29
3.1.10
Absorción de carbono y energía de la biomasa .................................................................................... 30
3.1.11
Emisiones a la atmósfera ........................................................................................................................ 30
3.1.12
Vertidos al agua ...................................................................................................................................... 31
3.1.13
Residuos al suelo ..................................................................................................................................... 32
3.2
INGENIO DE AZÚCAR Y PRODUCCIÓN DE ETANOL ..................................................................................................... 33
3.2.1
Introducción................................................................................................................................................. 33
3.2.2
Descripción del sistema............................................................................................................................... 34
Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV – Impacto Ambiental
i
3.2.3
Ingenio de azúcar ........................................................................................................................................ 36
3.2.3.1
Entrada de material y energía ..................................................................................................................................... 39
3.2.3.2
Generación de energía y consumo ............................................................................................................................ 39
3.2.3.3
Infraestructura................................................................................................................................................................ 42
3.2.3.4
Transporte ...................................................................................................................................................................... 42
3.2.3.5
Productos y sub-productos del ingenio .................................................................................................................... 43
3.2.3.6
Emisiones a la atmósfera ............................................................................................................................................. 44
3.2.3.7
Disposición de residuos ............................................................................................................................................... 45
3.2.4
Producción de etanol .................................................................................................................................. 45
3.2.4.1
Introducción ................................................................................................................................................................... 45
3.2.4.2
Materias primas y energía de entrada ....................................................................................................................... 48
3.2.4.3
3.2.4.4
Transporte ...................................................................................................................................................................... 49
3.2.4.5
Productos y sub-productos ......................................................................................................................................... 50
3.2.5
Tratamiento de aguas ................................................................................................................................. 50
3.2.5.1
3.2.6
Balance de masa ............................................................................................................................................................ 51
Compostaje .................................................................................................................................................. 53
3.2.6.1
Balance de masa ............................................................................................................................................................ 54
3.2.6.2
Transporte y Maquinaria .............................................................................................................................................. 56
3.2.6.3
3.2.6.4
Salida de materiales ...................................................................................................................................................... 57
3.2.7
Visión general del inventario y asignación ................................................................................................ 57
3.2.7.1
Flujo de masa de la cadena de valor del Etanol ...................................................................................................... 57
3.2.7.2
Factores de asignación ................................................................................................................................................. 58
3.3
3.2.7.2.1
Valores económicos ................................................................................................................................................. 59
3.2.7.2.2
Valores energéticos.................................................................................................................................................. 61
CULTIVO DE LA PALMA DE ACEITE........................................................................................................................... 61
3.3.1
Introducción................................................................................................................................................. 61
3.3.2
Selección de sitios de estudio ...................................................................................................................... 63
3.3.3
Sistema Agrícola.......................................................................................................................................... 65
3.3.4
Productividad .............................................................................................................................................. 66
3.3.5
Características del Sistema ......................................................................................................................... 67
3.3.6
Materias primas y auxiliares ....................................................................................................................... 68
3.3.6.1
Fertilizantes minerales .................................................................................................................................................. 68
3.3.6.2
Fertilizantes orgánicos .................................................................................................................................................. 69
3.3.6.3
Pesticidas ........................................................................................................................................................................ 70
3.3.7
Transporte y Maquinaria ............................................................................................................................ 71
3.3.8
Cambio en el uso del suelo ......................................................................................................................... 73
3.3.9
Absorción de carbono y energía de la biomasa ......................................................................................... 74
3.3.10
Emisiones a la atmósfera ........................................................................................................................ 74
3.3.11
Vertidos al agua ...................................................................................................................................... 75
ii
3.3.12
3.4
Residuos al suelo ..................................................................................................................................... 76
EXTRACCIÓN DE ACEITE DE PALMA Y PRODUCCIÓN DE BIODIESEL .............................................................................. 77
3.4.1
Introducción................................................................................................................................................. 77
3.4.2
Descripción del sistema............................................................................................................................... 78
3.4.3
Extracción de aceite de Palma .................................................................................................................... 80
3.4.3.1
Caracterización del sistema ......................................................................................................................................... 80
3.4.3.2
Entrada de material y energía ..................................................................................................................................... 81
3.4.3.3
Productos, subproductos y residuos ......................................................................................................................... 82
3.4.3.4
Producción de energía ................................................................................................................................................. 82
3.4.3.5
Infraestructura y maquinaria ....................................................................................................................................... 84
3.4.3.6
Transporte ...................................................................................................................................................................... 84
3.4.4
Refinería y planta de Biodiesel ................................................................................................................... 84
3.4.4.1
Descripción del sistema ............................................................................................................................................... 84
3.4.4.2
Materias primas y demanda energética. ................................................................................................................... 86
3.4.4.3
Proceso de producción y subproductos ................................................................................................................... 86
3.4.4.4
Generación de energía ................................................................................................................................................. 87
3.4.4.5
Infraestructura y maquinaria ....................................................................................................................................... 87
3.4.4.6
Distancias de transporte .............................................................................................................................................. 87
3.4.5
Purificación de la Glicerina ......................................................................................................................... 88
3.4.5.1
Introducción ................................................................................................................................................................... 88
3.4.5.2
Materias primas y requerimiento de energía ........................................................................................................... 88
3.4.5.3
Productos y subproductos ........................................................................................................................................... 89
3.4.5.4
3.4.5.5
Transporte ...................................................................................................................................................................... 89
3.4.6
Tratamiento de Aguas Residuales .............................................................................................................. 89
3.4.6.1
Introducción ................................................................................................................................................................... 89
3.4.6.2
Entrada ............................................................................................................................................................................ 90
3.4.6.3
Efluentes y emisiones ................................................................................................................................................... 91
3.4.6.4
3.4.7
Aplicación en la tierra de los residuos ........................................................................................................ 91
3.4.8
Visión General del Inventario y asignación ............................................................................................... 91
3.4.8.1
Flujo de masa de la cadena de valor del biodiesel ................................................................................................. 91
3.4.8.2
Factores de asignación ................................................................................................................................................. 92
3.5
3.4.8.2.1
Asignación económica ............................................................................................................................................ 93
3.4.8.2.2
Asignación Energética ............................................................................................................................................. 94
TRANSPORTE A LA ESTACIÓN DE SERVICIO .............................................................................................................. 94
3.5.1
Transporte de etanol de caña de azúcar a la estación de servicio en Bogotá.......................................... 94
3.5.2
Transporte del biodiesel de palma hasta Bogotá ...................................................................................... 95
3.5.3
El transporte de etanol de caña de azúcar a California ............................................................................ 95
3.6
TRANSPORTE DEL BIODIESEL DE PALMA A CALIFORNIA ............................................................................................. 95
3.7
USO DE LOS COMBUSTIBLES EN VEHÍCULOS ............................................................................................................ 96
iii
3.7.1
Selección de los vehículos ........................................................................................................................... 96
3.7.2
El uso de combustible en un Renault Logan. ............................................................................................. 97
3.7.2.1
Descripción del sistema ............................................................................................................................................... 97
3.7.2.2
Vehículo para la comparación internacional (California) ..................................................................................... 101
3.8
COMBUSTIBLES FÓSILES ...................................................................................................................................... 103
3.8.1
Producción de gasolina y diesel en Colombia ......................................................................................... 103
3.8.2
Extracción de petróleo crudo .................................................................................................................... 103
3.8.3
Refinación .................................................................................................................................................. 105
3.8.4
Transporte a la estación de servicio ......................................................................................................... 106
3.8.5
Estudio de Ecopetrol sobre las emisiones de GEI de los combustibles fósiles ......................................... 107
3.8.6
Producción de gasolina y diesel en California ......................................................................................... 107
3.8.6.1
Extracción de petróleo crudo .................................................................................................................................... 108
3.8.6.2
Refinación ..................................................................................................................................................................... 109
3.8.6.3
Transporte a la estación de servicio......................................................................................................................... 109
3.9
4
EVALUACIÓN DE IMPACTOS ............................................................................................................................. 111
4.1
COMBUSTIBLES FÓSILES ...................................................................................................................................... 111
4.1.1
Potencial de Calentamiento Global ......................................................................................................... 111
4.1.2
La demanda de energía acumulada......................................................................................................... 114
4.2
ETANOL DE CAÑA DE AZÚCAR. ............................................................................................................................ 115
4.2.1
Potencial de calentamiento global ........................................................................................................... 115
4.2.2
Demanda acumulada de energía ............................................................................................................. 118
4.3
BIODIESEL DE ACEITE DE PALMA ........................................................................................................................... 120
4.3.1
4.3.2
Demanda acumulada de Energía ............................................................................................................. 123
4.4
CAMBIOS INDIRECTOS EN EL USO DEL SUELO (ILUC) .............................................................................................. 124
4.5
OPCIONES DE MEZCLA Y EXPORTACIÓN A CALIFORNIA ........................................................................................... 127
4.5.1
4.6
4.6.1
5
PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD .......................................................................................................................... 109
COMPARACIÓN DE
LOS BIOCOMBUSTIBLES COLOMBIANOS CON OTROS BIOCOMBUSTIBLES ...................................... 128
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 131
5.1
ETANOL DE CAÑA DE AZÚCAR ............................................................................................................................. 131
5.2
BIODIESEL DE ACEITE DE PALMA ........................................................................................................................... 134
5.3
CONCLUSIONES ................................................................................................................................................. 137
6
REFERENCIAS ....................................................................................................................................................... 139
7
ANEXOS................................................................................................................................................................. 145
7.1
FORMATO DE RECOLECCIÓN DE DATOS AGRÍCOLAS PARA CAÑA DE AZÚCAR ............................................................. 145
iv
7.2
FORMATO DE RECOLECCIÓN DE DATOS AGRÍCOLAS PARA PALMA DE ACEITE.............................................................. 154
7.3
INVENTARIOS DE LOS VEHÍCULOS: RENAULT LOGAN .............................................................................................. 166
7.4
METODOLOGÍAS ACV ........................................................................................................................................ 169
7.4.1
Global Warming Potential – Potencial de Calentamiento Global .......................................................... 169
7.4.2
Cumulative Energy Demand – Demanda Acumulada de Energía .......................................................... 169
7.4.3
Indicadores de Punto Medio y Punto Final .............................................................................................. 170
7.4.3.1
Introducción ................................................................................................................................................................. 170
7.4.3.2
Metodología de Evaluación de Impactos CML (puntos medios) ........................................................................ 171
7.4.3.3
Metodología de Evaluación de Impactos Ecoindicador 99 (punto final) .......................................................... 173
7.4.3.4
Limitaciones del estudio ............................................................................................................................................ 175
7.4.3.5
Resultados - Combustibles fósiles ........................................................................................................................... 175
7.4.3.6
Resultados - Etanol de caña de azúcar. ................................................................................................................... 177
7.4.3.7
Resultados - Biodiesel de aceite de palma ............................................................................................................. 179
7.4.3.8
Resultados - Opciones de mezcla y exportación a California ............................................................................. 181
7.4.3.9
Resultados - Comparación de los biocombustibles colombianos con otros biocombustibles .................... 182
7.4.3.10
Discusión y conclusiones ........................................................................................................................................... 184
v
LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Emisiones de NH3- de fertilizantes minerales (% N emitido en forma de NH3). (Fuente: Agrammon (2009)) ..................... 8
Tabla 2: Compañías de producción de etanol (Asocaña 2011). ........................................................................................................................ 14
Tabla 3: Criterios de selección de las zonas agroecológicas (tipo de suelo y humedad). (Fuente: CUE, con base en
información de Cenicaña) ........................................................................................................................................................................................ 15
Tabla 4: Identificación final de los sitios específicos. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña)..................................... 15
Tabla 5: Información general sobre selección del sitio de estudio. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña) ......... 16
Tabla 6: Área y factor de peso de los sitios de estudio seleccionados. (Fuente: CUE, con base en información de
Cenicaña)........................................................................................................................................................................................................................ 16
Tabla 7: Ciclo de cultivo de caña de azúcar en el Valle geográfico del Río Cauca. (Fuente: CUE con base en estudio de
campo) ............................................................................................................................................................................................................................ 18
Tabla 8: Método de recolección de la caña de azúcar en el Valle Geográfico del Río Cauca. (Fuente: CUE con base en
estudio de campo) ...................................................................................................................................................................................................... 18
Tabla 9: Aplicación de fertilizantes en los sitios de estudio por hectárea y año. (Fuente CUE con base en estudio de
campo) ............................................................................................................................................................................................................................ 22
Tabla 10: Dosis recomendada de fertilizantes N-P-K. ........................................................................................................................................... 22
Tabla 11: Aplicación de pesticidas por año y hectárea. (Fuente CUE con base en estudio de campo) ............................................... 23
Tabla 12: Requerimiento de agua para caña de azúcar usando diferentes sistemas de irrigación (Cenicaña 2010) ...................... 24
Tabla 13: Requerimiento de agua y sistemas de riego (Fuente CUE con base en estudio de campo) ................................................ 25
Tabla 14: Caña de azúcar: Requerimientos de energía para la preparación de la tierra. (Fuente: CUE con base en estudio
de campo) ...................................................................................................................................................................................................................... 27
Tabla 15: Consumo de energía de la cosecha manual y mecánica. (Fuente: CUE, con base en estudio de campo y datos
por defecto de Ecoinvent) ........................................................................................................................................................................................ 28
Tabla 16: Distancias para el transporte de insumos de cultivo. (Fuente: CUE con base en estudio de campo) ............................... 29
Tabla 17: Transformación del uso del suelo y ocupación del cultivo de la caña de azúcar de los sitios de estudio. ..................... 30
Tabla 18: Emisiones a la atmósfera de la quema pre-cosecha. .......................................................................................................................... 30
Tabla 19: Emisiones a la atmósfera de la aplicación de fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) ................. 31
Tabla 20: Vertidos al agua de la aplicación de fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión).................................. 31
Tabla 21: Residuos al suelo de la aplicación de pesticidas y fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) ....... 32
Tabla 22: Plantas de etanol en Colombia 2009. (Fuente: Asocaña) .................................................................................................................. 33
Tabla 23: Promedio ponderado de las diferentes compañías productoras de etanol. (Fuente: CUE con base en
entrevistas con expertos) ......................................................................................................................................................................................... 34
Tabla 24: Flujos másicos y tecnologías para las plantas de azúcar y etanol en Colombia. (Fuente: CUE con base en
entrevistas con expertos) ......................................................................................................................................................................................... 35
Tabla 25: Descripción de los pasos en el proceso de azúcar en el ingenio. (Fuente: Cenicaña) ............................................................ 37
Tabla 26: Material y consumo de energía de la fábrica de azúcar por cada 100 toneladas de caña (Fuente: CUE con base
en las visitas de campo) ............................................................................................................................................................................................ 39
Tabla 27: Propiedades del bagazo y de carbón. (Fuente: UPME 2003) ........................................................................................................... 40
Tabla 28: Resumen de los procesos de cogeneración de las diferentes compañías por 100 ton de caña de azúcar
procesada. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo). ....................................................................................................................... 41
Tabla 29: Infraestructura del ingenio de azúcar, horno y turbina por 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE con
base en las visitas de campo) ................................................................................................................................................................................. 42
Tabla 30: Distancias de transporte por cada 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas de
campo) ............................................................................................................................................................................................................................ 43
Tabla 31: Productos y los desechos de la planta de azúcar por la caña de azúcar de 100 toneladas.................................................. 43
Tabla 32: Emisiones relacionadas con la combustión de 1 kg de bagazo y por cada 100 toneladas de caña de azúcar.
(Fuente: CUE con base en las visitas de campo) .............................................................................................................................................. 44
vi
Tabla 33: Residuos de caña de azúcar por cada 100 toneladas. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) .......................... 45
Tabla 34: Descripción del proceso de etanol (fuente: CUE)................................................................................................................................. 46
Tabla 35: Materias primas y energía empleada en el proceso de etanol (por kg de etanol 99,6%). (Fuente: CUE con base
Tabla 36: Distancias de transporte para la producción de etanol. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) ...................... 49
Tabla 37: Productos, co-productos y residuos del proceso de etanol. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) .............. 50
Tabla 38: Entrada de aguas residuales y la producción por 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en
las visitas de campo) .................................................................................................................................................................................................. 52
3
Tabla 39: Composición de las aguas residuales y aguas residuales tratadas por m (Fuente: CUE) ..................................................... 52
Tabla 40: Emisiones de metano durante el tratamiento de aguas residuales. (Fuente: CUE con base en visitas de campo)....... 52
Tabla 41: Entrada de material para el compostaje por cada 100 ton de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en visitas
de campo) ...................................................................................................................................................................................................................... 54
Tabla 42: Balance de masa y compostaje por 100 ton de caña de azúcar (escenario promedio). (Fuente: CUE) ........................... 55
Tabla 43: Balance de masa de compostaje por 100 toneladas de caña de azúcar, (escenario optimizado). ..................................... 56
Tabla 44: Factores de asignación de la producción de etanol (Escenario: “Promedio"). (Fuente: CUE) ............................................... 58
Tabla 45: Factores de asignación de la producción de etanol (Escenario:"Optimizado"). (Fuente: CUE) ............................................ 59
Tabla 46: Valores económicos de los productos de la refinería de azúcar y de la planta de etanol. ................................................... 59
Tabla 47: Valores energéticos de los productos de la refinería de azúcar y de la planta de etanol ..................................................... 61
Tabla 48: distribución del área sembrada en palma de aceite por zonas (en hectáreas). (Fuente: Fedepalma 2010) .................... 64
Tabla 49: Área de las plantaciones de palma y áreas de muestreo en el oriente, norte y centro de Colombia. (Fuente:
CUE y Fedepalma) ....................................................................................................................................................................................................... 65
Tabla 50: Rendimientos anuales de la producción por zona [en toneladas por hectárea-año] (Fedepalma 2006;
Fedepalma 2009). ........................................................................................................................................................................................................ 66
Tabla 51: Entradas de fertilizantes minerales en kg por hectárea y año para las diferentes zonas de cultivo. (Fuente: CUE
con base en las visitas de campo) ......................................................................................................................................................................... 68
Tabla 52: Composición de nutrientes en la tusa en base húmeda y seca (Heriansyah 2008). ................................................................ 69
Tabla 53: Entradas de fertilizantes orgánicos en kg por ha y año para diferentes áreas de cultivo. (Fuente: CUE con base
Tabla 54: Agroquímicos aplicados en las diferentes áreas de cultivo por área de cultivo (en kg por kg RFF y año).
(Fuente: CUE con base en las visitas de campo). ............................................................................................................................................. 70
Tabla 55: Consumo de combustible de las diferentes áreas de cultivo de palma en ton.km per kg RFF. (Fuente: CUE con
base en las visitas de campo). ................................................................................................................................................................................ 72
Tabla 56: Parámetros para el cambio en el uso directo de la tierra para los diferentes sitios de cultivo de palma (Fuente:
CUE con base en las visitas de campo y los valores por defecto del IPCC). ........................................................................................... 73
Tabla 57: Emisiones a la atmósfera por la aplicación de fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) ................ 75
Tabla 58: Vertidos al agua por el uso de fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de emisión). ............................................ 75
Tabla 59: Residuos al suelo por la aplicación de pesticidas y fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de emisión). ..... 76
Tabla 60: Plantas de biodiesel y capacidad instalada (MADR 2011). Las compañías marcadas con una estrella (*) son
parte de este estudio. ................................................................................................................................................................................................ 77
Tabla 61: Promedio ponderado de las diferentes empresas productoras de biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas
de campo y Cenipalma) ............................................................................................................................................................................................ 78
Tabla 62: Descripción del proceso de aceite de palma. (Fuente: CUE) ............................................................................................................ 80
Tabla 63: Entrada de materia y energía por 100 ton de RFF (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) ................................. 81
Tabla 64: Salidas en la extracción aceite de palma por 100t RFF (Fuente: CUE con base en las visitas de campo). ....................... 82
Tabla 65: Propiedades de los RFF, fibra y cáscara (Fuente: Ecoinvent) ............................................................................................................ 82
Tabla 66: Emisiones al aire producto de la combustión de 1 MJ de fibra, 1 MJ de cáscara por cada 100 toneladas de RFF.
(Jungbluth, Dinkel et al. 2007). ............................................................................................................................................................................... 83
Tabla 67: Infraestructura del proceso del Molino de aceite de palma (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) ............... 84
vii
Tabla 68: Descripción del proceso de refinación de aceite de palma y del proceso de biodiesel (Fuente: CUE con base en
las visitas de campo) .................................................................................................................................................................................................. 85
Tabla 69: Materias primas y requerimientos de energía de la refinería para producir 1ton biodiesel (Fuente: CUE con
Tabla 70: Materias primas y requerimientos de energía de la planta de biodiesel para producir 1ton biodiesel (Fuente:
CUE con base en las visitas de campo)................................................................................................................................................................ 86
Tabla 71: Salidas de la planta de refinación de aceite por 1 ton biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) ...... 86
Tabla 72: Salidas de la transesterificación de la planta por 1 ton biodiesel de Palma (Fuente: CUE con base en las visitas
de campo). ..................................................................................................................................................................................................................... 87
Tabla 73: Distancias de transporte para la refinación y transesterificación del aceite de palma en ton.km. (Fuente: CUE
con base en las visitas de campo). ........................................................................................................................................................................ 88
Tabla 74: Entrada al proceso de purificación de glicerina por ton biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de
campo) ............................................................................................................................................................................................................................ 89
Tabla 75: Salida del proceso de purificación de glicerina por ton biodiesel de palma. ............................................................................ 89
Tabla 76: Aguas residuales totales y contenido de DQO por 100 ton FFB tratados (Fuente: CUE con base en las visitas de
campo). ........................................................................................................................................................................................................................... 90
Tabla 77: Cantidad de agua residual tratada y emisiones de metano por 100 ton FFB de 100 toneladas (Fuente: CUE con
Tabla 78: Factores de asignación para la producción de biodiesel (escenario: promedio). Fuente: CUE .......................................... 93
Tabla 79: Factores de asignación de factores para la producción de biodiesel (escenario: optimizado). Fuente: CUE ................. 93
Tabla 80: Valores económicos de los productos de los RFF de la palma. ...................................................................................................... 94
Tabla 81: Valores energéticos de los productos de los RFF de la palma. ....................................................................................................... 94
Tabla 82: Distancias de transporte desde las plantas de biodiesel hacia el puerto marítimo en Santa Marta (Fuente:
INVIAS 2006). ................................................................................................................................................................................................................ 96
Tabla 83: Especificación del Renault Logan (Fuente: www.renault.com, cálculos realizados por CUE) ................................................ 98
Tabla 84: Inventario de emisiones para los diferentes modelos de transmisión del Renault Logan a gasolina. (Fuente:
CUE, basado en Ecoinvent v2.3 y Renault) ......................................................................................................................................................... 99
Tabla 85: Inventario de emisiones para los diferentes modelos de transmisión del Renault Logan a diesel (Fuente: CUE,
basado en Ecoinvent v2.3 y Renault). ................................................................................................................................................................. 100
Tabla 86: Inventario de emisiones de los vehículos de referencia en California, la gasolina y diesel (Fuente: Ecoinvent
v2.2)................................................................................................................................................................................................................................ 102
Tabla 87: Producción de combustibles fósiles en 1000 toneladas, 2007, Colombia (Fuente: (IEA 2007). ......................................... 103
Tabla 88: Especificaciones del combustible del estudio Ecopetrol. ................................................................................................................ 107
Tabla 89: Composición petróleo crudo de California (incluyendo transporte y suposiciones de proceso de Ecoinvent).
(Fuente: CUE) .............................................................................................................................................................................................................. 108
Tabla 90: Mezcla de electricidad para Colombia, de IEA (IEA 2008). ............................................................................................................. 109
Tabla 91: Factores de emisión para la producción y transmisión de electricidad utilizada en este estudio. Fuente: CUE
con base en las visitas de campo). ...................................................................................................................................................................... 109
Tabla 92: Emisiones de CO2 de combustibles fósiles de diferentes estudios.............................................................................................. 112
Tabla 93: Potencial de emisiones GEI de diferentes escenarios de etanol de caña de azúcar por vehículo-km y relativo a
gasolina fósil (100%). Fuente: CUE. ..................................................................................................................................................................... 132
Tabla 94: Potencial de emisiones GEI de diferentes escenarios de biodiesel de palma por vehículo-km y relativo a diesel
fósil (100%). Fuente: CUE. ....................................................................................................................................................................................... 135
Tabla 95: Inventario del chasis (‘glider’). .................................................................................................................................................................. 166
Tabla 96:Inventario del árbol de transmisión con motor gasolina(‘drivetrain petrol’) ............................................................................. 167
Tabla 97: Inventario del árbol de transmisión con motor diesel (‘drivetrain diesel’). ............................................................................... 168
Tabla 98: Indicadores de punto medio empleados en este estudio .............................................................................................................. 172
Tabla 99: Indicadores de impactos punto medio y punto final de etanol de caña de azúcar por vehículo-kilómetro ................ 179
viii
Tabla 100: Impactos de punto medio y punto final de biodiesel de palma por vehículo-kilometro ................................................. 180
Tabla 101: Impactos ambientales de punto medio del etanol de caña de azúcar comparados con combustible fósil
(Verde: Impacto menor. Naranja: impacto mayor). Fuente; CUE. ............................................................................................................. 185
Tabla 102: Impactos ambientales de punto medio del biodiesel comparados con combustible fósil (Verde: Impacto
menor. Naranja: impacto mayor). Fuente; CUE............................................................................................................................................... 187
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Cuatro fases principales de un ACV según la norma ISO 14040 ........................................................................................................ 2
Figura 2: Izquierda: Zonas de estudio para caña de azúcar (verde) y aceite de palma (azul). Derecha: Sitios de estudio
para las plantas de etanol (naranja) y plantas de biodiesel (morado). Fuente: CUE, con base en información de
Cenicaña y Cenipalma). ................................................................................................................................................................................................ 3
Figura 3: Visión general de los sistemas a comparar. (Fuente: CUE) ................................................................................................................... 4
Figura 4: Fuente de los datos de inventario para procesos específicos. (Fuente: CUE) ................................................................................ 6
Figura 5: Vista esquemática del cambio indirecto en el uso del suelo (Fuente: CUE) ................................................................................... 9
Figura 6: Área de cultivo de caña de azúcar (izquierda) y la topografía de la región (derecha) (Cenicaña 2001) ........................... 13
Figura 7: Ciclo de cultivo de la caña de azúcar (Netafim 2011). ........................................................................................................................ 17
Figura 8: Productividad cronológica de caña de azúcar y azúcar en ton por ha en Colombia (Asocaña 2011) ............................... 19
Figura 9: Productividad de la caña de azúcar para los sitios estudiados en toneladas de caña por ha (Fuente: CUE con
base en estudio de campo) ..................................................................................................................................................................................... 20
Figura 10: Visión esquemática del inventario de caña de azúcar. (Fuente: CUE) ......................................................................................... 21
Figura 11: Precipitación (izquierda) y evaporación(derecha) en el Valle Geográfico del Río Cauca (Cenicaña 2001) .................... 24
Figura 12: Canal de irrigación en plantaciones de caña de azúcar (© Cenicaña). ....................................................................................... 25
Figura 13: Maquinaria utilizada para la preparación de la tierra, siembra y manejo. (Fuente: CUE con base en estudio de
campo) ............................................................................................................................................................................................................................ 27
Figura 14: Cosecha verde manual (izquierda) y carga de la caña cortada después de la quema previa a la cosecha
(derecha). (Fuente: EMPA) ........................................................................................................................................................................................ 28
Figura 15: Visión esquemática de producción de etanol en Colombia. (Fuente: CUE) ............................................................................. 34
Figura 16: Visión esquemática de producción de azúcar en Colombia (Cenicana 2004) ........................................................................ 36
Figura 17: Presentación esquemática sobre el sistema de co-generación de los ingenios azucareros. (Fuente: Cenicaña) ........ 40
Figura 18: Resumen esquemático de la producción de etanol de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas de
campo) ............................................................................................................................................................................................................................ 46
Figura 19: Tratamiento de Aguas Residuales (TAR) de los efluentes de la planta de etanol. (Fuente: CUE, figuras de
www.praj.net, www.usba.org, www.isu.edu)....................................................................................................................................................... 51
Figura 20: Esquema general del proceso de compostaje (Fuente: CUE con base en visitas de campo). ............................................ 54
Figura 21: Flujo de masa de producción de etanol por 100 ton de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas
de campo) ...................................................................................................................................................................................................................... 57
Figura 22: Precios de azúcar refinado y blanco (ponderado según cantidad y precio del mercado local y de exportación)
y el precio de etanol (Fuente: CUE con base en Asocaña y Precios del Merado de Azúcar de Londres)..................................... 61
Figura 23: Plantaciones de palma de aceite en Colombia (Fuente: CUE). ...................................................................................................... 62
Figura 24: Principales zonas de cultivo de palma de aceite en Colombia 2008 (Fedepalma 2009). ..................................................... 63
Figura 25: Plantación de palma con diferentes edades en Colombia. ............................................................................................................. 65
Figura 26: Productividad de la palma de aceite en los sitios de estudio en el Oriente (azul), Norte (naranja)
y Centro (verde) de Colombia en toneladas de RFF por hectárea y año. Los colores claros reflejan la productividad
de las fincas muestreadas y los colores oscuros reflejan el valor promedio de la región. La barra negra indica la
productividad nacional promedio y la barra gris representa la productividad suministrada por Fedepalma. (Fuente:
CUE y Fedepalma 2009) ............................................................................................................................................................................................ 67
Figura 27: Presentación esquemática sobre el inventario de palma de aceite (Fuente: CUE) ................................................................. 68
Figura 28: Recolección de fruta de Palma (izquierda), embalaje para el transporte (centro) y carga (derecha) (Fuente:
CUE y www.reportage-enviro.com. ....................................................................................................................................................................... 72
Figura 29: Transporte de RFF por animal (izquierda), tractores (centro) y camiones (derecha) desde el campo hasta la
planta de extracción. (Fuente: CUE) ...................................................................................................................................................................... 72
Figura 30: Cantidad relativa de tierra transformada debido a los cultivos de palma desde el 200 al 2009. (Fuente: Pincon
2008). ............................................................................................................................................................................................................................... 73
Figura 31: Visión esquemática general sobre el sistema de biodiesel. (CUE con base en las visitas de campo) .............................. 79
x
Figura 32: Procesos de la extracción de aceite de palma (Fuente: Adaptado de Fedepalma 2010). .................................................... 80
Figura 33: Resumen esquemático sobre el proceso de refinación de aceite de palma y la producción de biodiesel
(fuente: www.manuelita.com) ................................................................................................................................................................................. 85
Figura 34: Proceso de purificación de la glicerina (fuente: www.manuelita.com)........................................................................................ 88
Figura 35: Sistema de tratamiento de aguas de laguna abierta (izquierda) y su superficie (derecha). (Fuente: CUE) .................... 90
Figura 36: Flujo de masa en la producción de biodiesel por cada 100 toneladas de RFF. (Fuente: CUE con base en las
visitas de campo)......................................................................................................................................................................................................... 92
Figura 37: Distancia desde Buenaventura a Los Ángeles, 4903 km. (Fuente: http://www.searates.com) ............................................ 95
Figura 38: Distancia desde Santa Marta a Los Ángeles, 5314 km. (Fuente: http://www.searates.com) ............................................... 96
Figura 39: Renault Logan (Fuente: www.renault.com) ........................................................................................................................................... 97
Figura 40: Presentación esquemática sobre el ciclo de vida de los combustibles fósiles. (Fuente: CUE) .......................................... 103
Figura 41: Reservas y producción colombiana de petróleo (Ecopetrol 2008)............................................................................................. 104
Figura 42: BCM (izquierda) e imagen de satélite (derecha) de la quema de gas en Colombia (NOAA 2009) ................................. 104
Figura 43: Cargas de las refinerías de Colombia (izquierda) y refinería de Barrancabermeja (derecha) (Ecopetrol 2009). ......... 105
Figura 44: Contenido de azufre del diesel en Bogotá y el resto del país (Ecopetrol2009). .................................................................... 106
Figura 45: Suministro de petróleo crudo a las Refinerías de California (Sheridan2006). ........................................................................ 108
Figura 46: Factores de emisión de electricidad en Colombia en 2009 (izquierda) y2010 (derecha) en kg de
CO2 equivalentes por kWh (XMexpertos 2010). ............................................................................................................................................ 110
Figura 47: Emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de combustibles fósiles en g de CO2 equivalentes por MJ
combustible. (Fuente: CUE).................................................................................................................................................................................... 112
Figura 48: Emisiones de gases de efecto invernadero (GHG) de combustibles fósiles en kg equivalentes de CO2
por vehicle.km. (Fuente: CUE) ............................................................................................................................................................................... 113
Figura 49: Demanda acumulada de energía no renovable por MJ de combustible fósil. (Fuente: CUE). .......................................... 114
Figura 50: Demanda acumulada de energía no renovable por vehículo.km. (Fuente: CUE) .................................................................. 114
Figura 51: Potencial de calentamiento global de etanol de caña de azúcar en kg CO2 equivalentes por v.km. (Fuente:
CUE) ............................................................................................................................................................................................................................... 115
Figura 52: Potencial de calentamiento global de etanol de caña de azúcar por proceso en g CO2 equivalentes por
MJ combustible. (Fuente: CUE) ............................................................................................................................................................................. 116
Figura 53: Potencial de calentamiento global del cultivo de caña de azúcar en kg CO2 equivalentes por kg de caña
de azúcar. (Fuente: CUE y Ecoinvent para Brasil). .......................................................................................................................................... 116
Figura 54: Potencial de calentamiento global de procesamiento de la caña de azúcar dividido por proceso en kg CO2
equivalentes por v.km. (Fuente: CUE) ................................................................................................................................................................. 117
Figura 55: Análisis de sensibilidad del método de asignación para la producción de etanol en Colombia en kg de CO2 el
equivalentes por vehicle.km. (Fuente: CUE). .................................................................................................................................................... 118
Figura 56: Demanda acumulada de energía de etanol de caña de azúcar en MJ de energía no renovable por
MJ.de combustible. (Fuente: CUE). ...................................................................................................................................................................... 119
Figura 57: Demanda acumulada de energía de etanol de caña de azúcar en MJ de energía no
renovable por vehículo.km. (Fuente: CUE)........................................................................................................................................................ 119
Figura 58: Potencial de calentamiento global dl biodiesel de palma en kg CO2 equivalente per v.km. (Fuente: CUE) ................ 120
Figura 59: Potencial de calentamiento global de biodiesel a partir de aceite de palma por proceso en g CO2 en
equivalente por MJ de combustible. (Fuente: CUE) ..................................................................................................................................... 121
Figura 60: Potencial de calentamiento global del cultivo de palma de aceite en kg CO2 equivalentes por kg de RFF. Los
sitios de cultivo en Colombia evaluados en el oriente (Verde), Norte (Azul) y centro (rojo) se presentan de acuerdo al
impacto del cultivo (barras oscuras) y al cambio en el uso de la tierra (barras claras). El impacto promedio se
muestra como una línea negra. (Fuente: CUE y Ecoinvent v2.3 para Malasia) .................................................................................... 121
Figura 61: Potencial de calentamiento global de procesamiento del biodiesel dividido por proceso en kg de CO2
equivalentes por v.km. (Fuente: CUE)................................................................................................................................................................. 122
Figura 62: Potencial de calentamiento global del escenario promedio y optimizado comparado con los combustibles
fósiles en kg CO2eq por vehicle.km. (Fuente: CUE) ...................................................................................................................................... 122
xi
Figura 63: Análisis de sensibilidad del método de asignación para la producción de biodiesel en Colombia en kg CO2
eq. por vehículo.km. (Fuente: CUE) ..................................................................................................................................................................... 123
Figura 64: Demanda de energía acumulada de biodiesel de palma en MJ de energía no renovable por MJ de
combustible. (Fuente: CUE).................................................................................................................................................................................... 124
Figura 65: Demanda acumulada de energía de biodiesel de palma en MJ de energía no renovable por vehiculo.km.
(Fuente: CUE) .............................................................................................................................................................................................................. 124
Figura 66: Impactos indirectos potenciales del uso de la tierra en el cultivo de palma en Colombia. (Fuente: CUE)................... 125
Figura 67: Impactos potenciales del uso indirecto de la tierra en el cultivo de caña se azúcar en Colombia. (Fuente: CUE) ... 126
Figura 68: Potencial del calentamiento Global del etanol promedio colombiano (E100 and E10) empleado en Bogotá y
California. (Fuente: CUE) ......................................................................................................................................................................................... 127
Figura 69: Potencial de calentamiento global del biodiesel promedio colombiano (B100 y B10) usado en Bogotá
y California. (Fuente: CUE) ...................................................................................................................................................................................... 128
Figura 70: Potencial de calentamiento global de los biocombustibles comparados con otras cadenas de valor de
biocombustibles. (Fuente: CUE, biocombustibles colombianos adaptados para un vehículo estándar de Ecoinvent,
otros biocombustibles basados en Zah et al., 2007) .................................................................................................................................... 129
Figura 71: Potencial de calentamiento global del etanol colombiano de caña de azúcar relativo a la gasolina fósil (100%
del impacto). (Fuente: CUE). .................................................................................................................................................................................. 132
Figura 72: Potencial de calentamiento global del Biodiesel de palma colombiano comparado con el diesel fósil (100%
del impacto).Fuente: CUE. ...................................................................................................................................................................................... 135
Figura 73: Presentación esquemática de los indicadores de impacto utilizados en este estudio. (Fuente: CUE)........................... 170
Figura 74: Visión esquemática sobre el modelo de daño del Eco-indicador 99. (Fuente: VROM 2000) .......................................... 174
Figura 75: Comparación del vehículo estándar de pasajeros en Colombia y California (por vehicle.km). (Fuente: CUE). ........... 176
Figura 76: Impacto ambiental total medido como puntos de Eco-indicador 99 del vehículo estándar de Colombia y
California (por vehiculo.km) (Fuente: CUE). .................................................................................................................................................... 177
Figura 77: Impactos ambientales del etanol de caña de azúcar por vehículo.km especificados por etapa de producción.
(Fuente: CUE). ............................................................................................................................................................................................................. 177
Figura 78: Impacto ambiental total (medido en puntos de Eco-indicador 99) del etanol de la caña de azúcar por
vehiculo.km especificado para la etapa de producción. (Fuente: CUE) .................................................................................................. 178
Figura 79: Los impactos ambientales del biodiesel de palma por vehiculo.km especificados por etapa de producción.
(Fuente: CUE) .............................................................................................................................................................................................................. 179
Figura 80: Impacto ambiental total (medido como puntos de Ecoindicador 99) del biodiesel por vehículo.km específico
para la etapa de producción. (Fuente: CUE). ................................................................................................................................................... 180
Figura 81: Impacto ambiental agregado del etanol promedio colombiano (E10 y E100) empleado en Bogotá y California.
(Fuente: CUE) .............................................................................................................................................................................................................. 181
Figura 82: Impacto ambiental agregado del biodiesel promedio colombiano (B100 y B10) empleado en Bogotá y
California. (Fuente: CUE) ......................................................................................................................................................................................... 182
Figura 83: Impacto ambiental agregado (método de Eco indicador 99) de los biocombustibles colombianos
comparados con otras cadenas de valor de biocombustibles. (Fuente: CUE) ..................................................................................... 183
Figura 84: Representación en dos dimensiones de las emisiones de GEI y el impacto ambiental total (Eco indicador 99)
para caña de azúcar (azul) y palma de aceite (rojo)...................................................................................................................................... 184
xii
GLOSARIO
ACV
Análisis de Ciclo de Vida
AGB
Biomasa por encima del suelo
AR
Agua residual
BGB
Biomasa por debajo del suelo
BID
Banco Interamericano de Desarrollo
CED
Demanda de Energía Acumulada
CML
CUE
Instituto de Ciencias Ambientales de la Universidad de Leiden
DALY
Disability Adjusted Life Years
DQO
Demanda Química de Oxigeno
EI99
Eco indicador 99
EICV
Evaluación de Impacto del Ciclo de Vida
EtOH
Etanol
FAO
Food and Agriculture Organization of United Nations
GBEP
Global Bioenergy Partnership
GEI
GWP
Gases de Efecto Invernadero
Potencial de calentamiento global
ICV
Inventario de Ciclo de Vida
IDEAM
Instituto de Hidrología Meteorología y Estudios Ambientales
IEA
Agencia Internacional de Energía
IGAC
Instituto Geográfico Agustín Codazzi
iLUC
Cambios indirectos del uso del suelo
IPCC
Intergovernmental Panel on Climate Change
LUC
Cambio del uso del suelo
LUC
Cambio en el uso del suelo
MADR
Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural
MDL
Mecanismo de Desarrollo Limpio
MOD
Materia Orgánica Descompuesta
MP
Material Particulado
PAH
Hidrocarburos aromáticos policíclicos
PDD
Documento de Diseño del Proyecto
PST
Partículas Sólidas Totales
RED
Renewable Energy Directive
RER
Clasificación Ecoinvent para promedio europeo
RFF
Racimos de Fruto Fresco
RSB
Mesa Redonda sobre Biocombustibles. Sostenibles
Consorcio de autores del estudio (CNPML-UPB-EMPA)
xiii
SD
Desviación estándar
SOC
Carbono orgánico del suelo
SQCB
Sustainability Quick Check for Biofuels
TAR
UCTE
Tratamiento de Aguas Residuales
UNFCCC
United Nations Framework Convention on Climate Change
VGRC
Valle Geográfico del Río Cauca
VOC
Compuestos orgánicos volátiles
Union for the coordination of Transmission of Electricity (Europe)
xiv
1 Objetivo
El principal objetivo del Análisis de Ciclo de Vida – ACV - es analizar los impactos ambientales de los
biocombustibles Colombianos, etanol de caña de azúcar (EtOH) y biodiesel de aceite de palma, sobre
el ciclo de vida completo, y su comparación con los combustibles fósiles de referencia para
Colombia (gasolina y diesel). Además, identificar el potencial de optimización para producir
biocombustibles más amigables con el medio ambiente y recolectar datos específicos necesarios para
la herramienta web desarrollada para el ACV del SQCB (Chequeo Rápido de Sostenibilidad de
Biocombustibles).
1
2 Metodología – Análisis del ciclo de vida
Con el fin de evaluar el desempeño ambiental de los diferentes biocombustibles, se llevó a cabo un
Análisis del Ciclo de Vida (ACV) conforme a las normas ISO 14040 y 14044 (ISO 2006). La
metodología ACV es un enfoque holístico para estimar los impactos ambientales relacionados
con todo el ciclo de vida de un producto o servicio. Los límites del sistema del estudio son alrededor
de las cadenas de biocombustibles y se extiende desde la producción agrícola hasta el uso final de
biocombustible en un vehículo, incluyendo los pasos intermedios. Además, el estudio se realiza de
acuerdo con las directrices de la Asociación Mundial de Bioenergía (GBEP 2009)1. En la Figura 1 se
presentan las fases principales del estudio de ACV.
Concepto de Análisis de Ciclo de Vida
Definición
del objetivo
y alcance
Aplicaciones directas:
Análisis de
inventario
Interpretación
•Desarrollo y mejoras de
producto.
•Planeación estratégica.
•Formulación de políticas
públicas
•Mercadeo
•Otras
Evaluación
de impactos
Figura 1: Cuatro fases principales de un ACV según la norma ISO 14040
La definición del objetivo y el alcance es el primer paso de un ACV. En este se define claramente el
esquema del estudio. Donde los resultados finales del estudio son válidos únicamente para el objetivo
y alcance definido.
1
Las directivas de la AMBE (GBEP, por sus siglas en inglés) serán completadas después de la aprobación final de este estudio .
2
2.1 Alcance
En este estudio se evaluó el impacto promedio ambiental de los combustibles en Colombia. Por lo
tanto, los resultados no reflejan el rendimiento de las plantaciones individuales o instalaciones de
procesamiento, reservando la confidencialidad de la información individual.
Con el fin de tomar en cuenta el contexto local, se recolectó información primaria en los sitios más
representativos (como se muestra en la Figura 2 ).
Figura 2: Izquierda: Zonas de estudio para caña de azúcar (verde) y aceite de palma (azul). Derecha: Sitios de estudio para las plantas de etanol (naranja) y plantas de biodiesel (morado). Fuente: CUE2, con base en información de
Cenicaña y Cenipalma).
2.1.1 Unidad funcional
Los biocombustibles puros
(B100,
E100),
y las
mezclas (E10, B10) son
comparados
con los
combustibles fósiles (gasolina y diesel, para especificaciones ver Tabla 88 ) por:

Una unidad energética (1 MJ) al punto de distribución

Un kilómetro recorrido en un vehículo promedio en Colombia (Renault Logan) y en los
Estados Unidos de América (un vehículo de pasajero promedio).
El objetivo del estudio es comparar los diferentes combustibles en lugar de comparar los diferentes
vehículos. Tal comparación sólo es posible si las propiedades de los vehículos son idénticas en cuanto
2
Todas las figuras y tablas establecidas en este estudio son referenciadas como CUE (Consocio CNPML-UPB-EMPA)
3
a aerodinámica, peso y consumo de energía. El mejor caso es escoger un tipo de vehículo del cual se
pueda tener información de su fabricación y desempeño con motores de gasolina, diesel y mezclas de
biocombustibles. , En Colombia, el Renault Logan es un vehículo ampliamente utilizado que se puede
conducir con diferentes unidades motrices.
2.1.2 Límites del sistema
Una visión general sobre los procesos a comparar se presenta en la Figura 3. En este estudio los límites
del sistema comprenden la cadena completa de los biocombustibles, desde la producción de
las materias primas agrícolas hasta el uso de los biocombustibles en un automóvil, incluyendo
los pasos intermedios. Además, se incluye la construcción, mantenimiento y reciclaje / disposición de
infraestructura, incluyendo los edificios y carreteras.
Figura 3: Visión general de los sistemas a comparar. (Fuente: CUE)
4
Alcance temporal
En este estudio el año de referencia para las consideraciones de cambio de uso de la tierra es el año
2000 y para tecnología de procesos se consideró el año 2009. El año 2000 fue seleccionado debido a
la disponibilidad de los mapas de uso del suelo en Colombia (usados en el estudio SIG), y a que el año
de referencia para el cambio de uso del suelo se define unos años atrás, evitando la deforestación o el
reemplazo de coberturas naturales vegetales para nuevos proyectos. Dado que a la empresa privada
no le era permitido establecer plantas de procesamiento de biocombustibles, la producción de estos
no conducía a ningún cambio en el uso de la tierra más allá del año 2000, lo cual justifica aún más el
año de vida seleccionado.
Con el fin de demostrar el potencial de optimización, se consideran dentro de este estudio las
tecnologías que pueden ser implementadas en un futuro cercano. Para este caso se empleó el estudio
de ACV de Ecopetrol sobre combustibles fósiles, el cual fue realizado para el esquema de refinación
del año 2008 en la refinería de Barrancabermeja.
Alcance geográfico
Este estudio es de alcance nacional como se mencionó en el objetivo del estudio, los conjuntos de
datos son representativos para las condiciones de Colombia. No obstante, es necesario tener presente
que los resultados reflejan
el promedio nacional y no pueden ser asociados con plantaciones
individuales o plantas de procesamiento.
2.1.3 Método de asignación
En las cadenas de valor de los biocombustibles no solo se producen biocombustibles, sino también
varios subproductos (por ejemplo, torta de palmiste, compost, electricidad, entre otros). Por lo tanto,
como las cargas ambientales (ej. DQO, Kwh, CO2, MP, Residuos, etc.) no están registradas
específicamente para cada producto y subproducto (ej. residuos de corte, bagazo, vinazas, azúcar, miel
B, etc.) se hace necesario distribuir dichas cargas entre los diferentes productos y subproductos en
cada etapa de la cadena de valor, lo que se conoce como asignación. Ahora bien, debido a que los
productos y subproductos que generan la cadena de valor de los biocombustibles poseen diferentes
funciones (por ejemplo, algunas son usadas energéticamente y algunas para reciclaje de nutrientes), el
método de asignación económica se consideró el más adecuado. Sin embargo, se llevó a cabo una
asignación energética para analizar la sensibilidad del método de asignación.
2.2 Información para el inventario
En el análisis del Inventario de Ciclo de Vida (ICV) se cuantifican los flujos de materia y energía de los
procesos del sistema. Mediante la evaluación de todas las entradas y salidas, se pueden analizar los
intercambios de los sistemas comparados con el ambiente, y de esta manera sus impactos.
5
Dentro
de
este estudio,
se
energía, emisiones y residuos.
considera
el
consumo de todas
las
materias
primas, insumos,
Adicionalmente, se incluye el transporte, la infraestructura y los
requerimientos de tierra.
2.2.1 Tipos y fuentes de datos
En general, el inventario de los datos empleados se puede dividir en datos primarios y secundarios.
Los datos primarios están relacionados específicamente con el sistema producto, y son datos reales
y verificados,
recolectados directamente
en campo, mediante entrevistas con
expertos y/o de
publicaciones relevantes. La Figura 4 provee una visión general sobre las fuentes de datos específicos.
De otro lado, los datos secundarios no están específicamente relacionados con el sistema producto y
se derivan generalmente de bases de datos genéricas de Inventario del Ciclo de Vida. Ejemplos de ello
son la producción de fertilizantes minerales ó la generación de electricidad. En este caso los datos
secundarios fueron obtenidos de la base de datos de ACV Ecoinvent v 2.2 (ecoinvent centre 2009).
Ecoinvent es la base de datos internacional de ICV más completa y transparente y todos los datos de
inventario son establecidos de acuerdo con altos estándares de calidad.
Además, este estudio fue adaptado e integrado en la herramienta “Sustainability Quick Check for
Biofuels – SQCB -, la cual emplea sus propios valores por defecto (Faist et al. 2009). Con esta
herramienta también es posible calcular el impacto de acuerdo con la Directriz Europea de
Energía Renovable (RED) (EC 2008).
Figura 4: Fuente de los datos de inventario para procesos específicos. (Fuente: CUE)
La metodología para establecer los datos de inventario consistió en recolectar la información en
campo de diferentes fuentes e integrar diferentes perspectivas. Los datos obtenidos de diferentes
fuentes fueron
consolidados
por un
experto y
posteriormente
validados. Por
otra
parte,
6
los expertos del
Consorcio y
diferentes
partes
interesadas
(especialmente
Cenicaña y
Cenipalma) también validaron los datos empleados para establecer el ICV.
A continuación se explican brevemente y de manera general las fuentes de los diferentes datos (los
detalles para cada valor usado se pueden ver en la sección 3)
Datos de campo: Se emplearon datos de campo obtenidos mediante entrevistas a agricultores
seleccionados e ingenieros de las plantas procesadoras (ver cuestionario modelo en el 7.1 y 7.2), para
lo cual se seleccionó una muestra de fincas representativas.
Selección de fincas entrevistadas: En cada región se seleccionaron las fincas con base en la
representatividad. Sólo se consideran fincas que suministran materia prima para la producción de
biocombustibles. La metodología y criterios de selección para los cultivos de caña están descritos en la
sección 3.1.2 y para los cultivos de palma en la sección 3.3.2.
Tamaño de la muestra: El muestreo incluyó aproximadamente el 20% del área cultivada (para caña de
azúcar y palma de aceite) y el 80% de las plantas de procesamiento de biocombustibles a nivel
nacional y contempló las siguientes actividades:



Revisión bibliográfica: los datos secundarios son obtenidos de varias fuentes (publicaciones,
Ecoinvent, etc.)
Entrevistas a expertos: Se consultó a expertos adicionales para la obtención de datos
específicos.
Consolidación por expertos: La revisión de los datos de inventario estuvo a cargo de los
expertos del Consorcio, con el fin de garantizar la consistencia e integridad.
2.2.2 Modelos de emisión - Campo
Recientes estudios
de
ACV
(UNEP,
2009) revelan
que
el
impacto ambiental
de
los
biocombustibles es frecuentemente dominado por las diversas emisiones en la etapa del cultivo,
principalmente relacionadas con la aplicación de fertilizantes.
Las emisiones al aire como N2O o NOx se calcularon con base en las fórmulas de emisión propuestas
por el IPCC (IPCC 2006).
N2O
= 44/28 * (0.01 (Ntot + Ncr) + 0.01 * 14/17 * NH3 + 0.0075 * 14/62 * NO3-)
Donde, N2O = Emisión de N2O (kg N2O/ha)
Ntot = Nitrógeno total en fertilizantes orgánicos y minerales (kg N/ha)
Ncr = Nitrógeno contenido en los residuos de cultivo (kg N/ha)
NH3 = Pérdidas de nitrógeno en forma de amoniaco (kg NH3/ha)
NO3-=las pérdidas de nitrógeno en forma de nitrato (kg NO3-/ha).
NOx
= 0.21 * N2O
7
Para residuos de cultivo de caña de azúcar y palma de aceite sólo se consideran las emisiones de N2O
y NOx, mientras que las otras emisiones se desprecian según recomendación de Ecoinvent.
Las emisiones de NH3 de los fertilizantes minerales aplicados se calculan con los factores de
emisión fijados para cada grupo de fertilizantes. En lugar de los factores de emisión sugeridos en el
modelo (Agrammon 2009)3 (15% para urea y el 2% para todos los otros fertilizantes minerales) se
aplicó un conjunto de factores de emisión que incluye un número mayor de diferentes grupos
de fertilizantes
(Asman 1992). Los fertilizantes orgánicos se calculan empleando los valores
propuestos por el grupo Agrammon, mientras los factores de corrección se desprecian.
Tabla 1: Emisiones de NH3- de fertilizantes minerales (% N emitido en forma de NH3). (Fuente: Agrammon (2009))
Tipo de fertilizante
Factor de emisión por NH3-N
Nitrato de amonio, nitrato de amonio cálcico
Sulfato de amonio
Urea
Fertilizantes multinutrientes (NPK-, NP-, NK-fertilizantes)
Urea nitrato de amonio
Amoníaco, líquido
La contaminación del agua y el suelo por nitratos y fósforo
2%
8%
15 %
4%
8.5 %
3%
se calcula de acuerdo a Faist-
Emmenegger, Reinhard et al. 2009, tomando en cuenta los parámetros regionalizados como el clima
y el tipo de suelo. La contaminación del suelo por metales se modeló como la diferencia entre la
entrada de metales pesados (concentración en pesticidas y fertilizantes) y la absorción debido a la
cosecha. Para información más detallada ver (Jungbluth, Dinkel et al. 2007).
2.2.3 Cambio del uso del suelo
Las emisiones de carbono por cambio de uso del suelo, se calculan de acuerdo con el método de Nivel
1 propuesto por el IPPC (IPCC 2006). El cambio de carbono se calcula como la diferencia de carbono
en la biomasa superficial del suelo, biomasa por debajo del suelo, materia orgánica descompuesta
(MOD) y carbono orgánico del suelo (SOC), antes y después de la plantación de la caña de azúcar y la
palma de aceite; los cambios en las reservas de carbono se analizan sobre un período de 20 años
(estándar IPCC/EU). El año de referencia es el 2000 y por lo tanto no se consideró el cambio de uso del
suelo de las plantaciones establecidas antes del año 2000.
3
El modelo de simulación Agrammon permite calcular las emisiones de amoniaco, y muestra como los cambios en la estructura y métodos de producción a nivel de finca afectan las emisiones. Para mayor información consultar en:
http://agrammon.ch/
8
2.2.4 Análisis del cambio indirecto en el uso del suelo (iLUC)
El cambio indirecto del uso del suelo se produce cuando un cultivo adicional, se lleva a cabo en un
suelo previamente cultivado y no en suelo sin cultivar (No.2 en Figura 5). En este caso, el efecto directo
sobre el balance de carbono a menudo puede ser positivo, al pasar de uso extensivo de la tierra (como
los pastos) a un cultivo de árboles (como la palma de aceite). Sin embargo, la actividad previa, se
desplaza a otras zonas, generando una secuencia de desplazamientos (No.3 en Figura 5 ). El
desplazamiento puede tener lugar localmente, cuando los agricultores vecinos empiezan a cultivar el
producto desplazado, con el fin de satisfacer la demanda del mercado local. El desplazamiento
también puede
llevarse
a cabo a
gran escala,
si el
producto
desplazado es demandado
adicionalmente en un mercado global. Finalmente la demanda adicional para el área agrícola se
satisface por la intensificación de la producción (No.4 en Figura 5) o finalmente puede llevar a una
expansión en áreas no cultivadas (No.5 en Figura 5).
Figura 5: Vista esquemática del cambio indirecto en el uso del suelo (Fuente: CUE)
Para este proyecto se asumió que los productos desplazados se producen adicionalmente en las
respectivas regiones de Colombia. Por ejemplo, si el cultivo de palma de aceite se está expandiendo a
las tierras de pastoreo, la cantidad respectiva de ganado que pastan en la misma región se supone
que desplazan la misma superficie de área marginal, si se asume el 100% de expansión (Figura 5). Si se
asume el 100% de intensificación, el ganado desplazado se mantendrá en el resto del terreno
asumiendo una mayor densidad de ganado sin moverse en las áreas naturales ). La realidad será en
algún lugar entre estos dos extremos. Para este estudio se calculó el caso del 100% de expansión en
9
zonas naturales, como el peor de los casos. Sin embargo, debe discutirse en detalle, en qué medida el
efecto de la expansión puede desestimularse por la intensificación. En este estudio se presentan
ambos extremos, el efecto del uso indirecto del suelo y la expansión indirecta en áreas naturales, con
el fin de reflejar la magnitud del impacto.
El cultivo de energéticos toma lugar básicamente en zonas de bosques tropicales húmedos
caducifolios y las selvas tropicales. En el noreste hay posible expansión de la ganadería en matorrales
tropicales. En consecuencia, se calcularon los efectos indirectos de asumir que el 100% de la superficie
se expande en esas tres ecozonas.
Por otro lado, la producción de pasto adicional debido al cultivo de materia prima para
biocombustibles y sus efectos indirectos no fueron considerados,
Se indican las áreas de producción primaria de materias primas (rayas) y las principales áreas
potenciales de expansión (punteadas). Las zonas vegetales están definidas por la FAO para las
directrices del IPCC (IPCC 2006) y las áreas de expansión potencial están basadas en entrevistas con
expertos.
Por otro lado, podrían existir efectos indirectos del uso del suelo cambiando el uso de un recurso. Por
ejemplo, el uso de la caña de azúcar para etanol está afectando la exportación de azúcar 4. Los
mecanismos y las consecuencias de un posible decrecimiento de las exportaciones son altamente
inciertos, esto podría causar un incremento en la producción de azúcar en cualquier otro lugar,
induciendo de manera indirecta cambios en el uso del suelo. Lo mismo es válido para la producción de
palma de aceite.
2.3 Evaluación del impacto ambiental
La fase de evaluación de impacto del ciclo de vida (EICV) es la tercera fase de evaluación del ACV. El
propósito de la EICV es proporcionar información adicional para evaluar los resultados del Inventario
de Ciclo de Vida (ICV) para el sistema producto, con el fin de comprender mejor su significado
ambiental (ISO 2006).
Para determinar el impacto de los biocombustibles colombianos en el ambiente, se seleccionaron y
cuantificaron en este estudio los impactos en la categoría de potencial de calentamiento global (GWP)
y demanda acumulada de energía (CED) (Selección de indicadores).
Una vez se seleccionan los indicadores, se asignan los resultados del ICV a las categorías de impacto
seleccionadas de acuerdo a la capacidad de las sustancias para contribuir a los diferentes problemas
ambientales (Clasificación).
4
Debido a que el precio en el mercado de exportación es menor al precio en el mercado Nacional el suministro nacional no
se ve afectado directamente si la caña de azúcar se emplea para la producción de etanol.
10
En un segundo paso, se modela cuantitativamente el impacto de cada emisión de acuerdo con el mecanismo de (Caracterización). El mecanismo de causa y efecto se basa en los modelos de destino, exposición y efecto. El impacto se expresó como una calificación del impacto en una unidad que es común para todos los contribuyentes a la categoría de impacto (ejemplo: kgCO2_equivalente por GEI que
contribuyen a la categoría de cambio climático) mediante la aplicación de factores de caracterización.
Un factor de caracterización es un factor específico de una sustancia calculado con un modelo de caracterización para expresar el impacto del flujo elemental en términos de la unidad común del indicador de categoría.
Los cálculos de ACV se realizaron con Simapro v7.2 (PRé Consultant 2010).
Ahora bien, tomando en consideración el último informe sobre Evaluación de Biocombustibles del
Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (UNEP 2009) que dice, “Es necesario realizar
mayores esfuerzos para considerar no solo los efectos sobre los gases efecto invernadero, sino que
también otros impactos como las eutrofización y la acidificación de manera más completa”, el consorcio realizo el ejercicio de evaluar otros impactos ambientes como un plus a este proyecto. La evaluación de diferentes impactos ambientales incluye varios indicador de punto medio (acidificación, eutrofización y eco-toxicidad) y también impactos totalmente aglomerados (indicador de punto final). Los
indicadores de impactos adicionales seleccionados proveen perspectivas complementarias acerca de
los beneficios y desafíos de los biocombustibles (para más detalles acerca de las metodologías y resultados favor ver 7.4.3)
2.4 Interpretación
La interpretación del ciclo de vida es la fase final del ACV, en el cual los resultados de un ICV o EICV, o
ambos, se resumen y comentan como base para las conclusiones, recomendaciones y toma de
decisiones de conformidad con el objetivo y alcance del estudio.
Este paso también incluye un análisis de sensibilidad sobre: a) la producción, b) nivel de tecnología,
c) métodos de asignación y d) cambios indirectos en el uso del suelo (iLUC).
2.5 Limitaciones del estudio
La evaluación de los impactos ambientales en el ciclo de vida por lo general requiere un gran conjunto
de datos y suposiciones del modelo. Mediante la recopilación de los valores reales de campo de las
etapas del ciclo de vida - tales como el cultivo y procesamiento - y mediante el estado del arte de los
modelos de emisión, se trató de maximizar la precisión de los datos.
El estudio ACV es estático y refleja los impactos del cultivo y procesamiento de caña de azúcar y
palma de aceite en el 2009. Con el escenario optimizado se incluyeron opciones de mejora en el
11
estudio. Sin embargo, los resultados no son válidos para ninguna otra tecnología de producción de
biocombustibles, ni para el futuro cultivo de materia prima para biocombustibles.
Además, el objetivo del estudio es representar el impacto promedio nacional de la producción de
biocombustibles, y por lo tanto los resultados no son válidos para plantaciones individuales (es
decir, la
producción
de materia
prima de
cultivos
orgánicos
no está
incluida
y tendrá
impactos diferentes).
Aunque el estudio es muy amplio, ciertos factores ambientales fueron despreciados. Por ejemplo,
el impacto sobre el agua dulce causado por la producción de biocombustibles no se considera dentro
del ACV, pero se incluye en el componente SIG del proyecto (Ver capitulo 3).
Aunque la metodología del ACV es adecuada para evaluar la sostenibilidad ambiental, no lo es para
evaluar el contexto social en que se implementan estos proyectos, ni los impactos socio-económicos
que éstos generan.
Con el fin de obtener una visión completa sobre la sostenibilidad, los
resultados del estudio de ACV deben ser interpretados en conjunto con las otras evaluaciones del
estudio.
12
3 Análisis de Inventario
A continuación se presenta la fase de análisis de inventario de ciclo de vida, el cual comprende los datos de entrada/salida en relación con el sistema producto bajo estudio (i.e. etanol de caña de azúcar y
biodiesel de palma de aceite).
3.1 Cultivo de caña de azúcar
3.1.1 Introducción
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es una hierba perenne de altura tropical, que es originaria
de zonas tropicales de Asia del Sur y del Sudeste Asiático. La caña de azúcar es una planta C4, capaz
de convertir hasta uno por ciento (1%) de la energía solar incidente en biomasa (Glyn 2007). Se
producen tallos ramificados de 2 a 4 m de altura o más, y alrededor de 5 cm de diámetro. La caña de
azúcar se cultiva comercialmente en los trópicos y subtrópicos, prefiriendo abundante sol y lluvia bien
distribuida (o riego) durante el período vegetativo. Sin embargo, el período previo a la cosecha
(maduración) debe ser relativamente seco, mientras que las horas de sol deben ser abundantes
durante toda la temporada (Glyn 2007).
Figura 6: Área de cultivo de caña de azúcar (izquierda) y la topografía de la región (derecha) (Cenicaña 2001)
En 1540 la caña de azúcar fue traída a Cali (Colombia) por Sebastián de Belalcázar y se disemina desde
allí en toda la cuenca del río Cauca (Cenicaña 2011). El Valle Geográfico del Río Cauca está bien
adaptado para
la
producción
de caña
de
azúcar
debido
a
la alta
radiación
solar
y las
condiciones favorables de lluvia. Esta expansión de la caña de azúcar se dio principalmente en el
período conocido como "La Violencia" entre 1946 y 1958, llevando a la consolidación de su control
sobre el mercado de caña de azúcar en Colombia (Mondragón 2007). En la actualidad son cultivadas
216.768 hectáreas, de las cuales 24% pertenecen a Ingenios azucareros y 76% a 2700 agricultores
individuales de caña de azúcar (Asocaña 2011).
13
3.1.2 Selección del sitio de estudio
El objetivo principal del estudio es establecer los resultados representativos del ACV, los cuales
reflejan el promedio de la producción de caña de azúcar en Colombia y además muestran las
variaciones de los resultados dependiendo de los diferentes sistemas de cultivo.
de establecer
inventarios representativos, la
selección
de
los
sitios
de
Con el fin
estudio
en
el Valle Geográfico del Río Cauca se basó en los siguientes criterios:
1. El cultivo muestreado entrega caña a una de las cinco compañías que producen etanol en
el 2009.
2. El cultivo es representativo en términos de condiciones agro-ecológicas (tipo de suelo y
humedad).
3. El cultivo es representativo en términos de tamaño.
Criterio 1: Sólo plantaciones proveedoras de plantas de etanol
Dentro del área total de cultivos de caña de azúcar (216.768 ha) sólo se tuvieron en cuenta los
cultivos que suministran la caña cosechada a los ingenios azucareros con una planta de etanol adjunta
(134.006 ha), mientras que los cultivos restantes no influyen en el desempeño ambiental del etanol de
caña de azúcar. En la Tabla 2, se presentan las áreas de las cinco compañías de etanol en el
Valle Geográfico del Río Cauca.
Tabla 2: Compañías de producción de etanol (Asocaña 2011).
Proceso
Unidad
Producción de Etanol
l/ día
Área de cultivo (total)
ha
E001*
E002*
E003*
E004
300.000
250.000
250.000
150.000
38.883
30.723
27.735
22.510
E005
Total
100.000 1’050.000
14.155
134.006
La caña de azúcar de 134.006 hectáreas se entrega a las fábricas de azúcar con una planta de
etanol adjunta,
reflejando
el
62%
del
área
total
dedicada
al
cultivo
de caña
de
azúcar. Aproximadamente, 37.000 ha (28%) de las 134.006 ha son asignadas a la producción de etanol.
En la muestra utilizada se visitaron tres de las principales empresas (marcadas con asterisco (*) en la
Tabla 22). Las empresas seleccionadas representan el 45% del área total de caña de azúcar, y el 72%
del área que provee los ingenios con planta de etanol adjunta.
Criterio 2: Selección de las zonas agroecológicas representativas (tipo de suelo- humedad)
Se seleccionaron las zonas agroecológicas más representativas por tipo de suelo y humedad. En
general, existen 238 categorías diferentes de suelo y 6 tipos de humedad. Sin embargo, 7 zonas agroecológicas representan el 29% de las 134.006 hectáreas.
14
Tabla 3: Criterios de selección de las zonas agroecológicas (tipo de suelo y humedad). (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña)
Categoría tipo de suelo
Humedad
E001
[ha]
E002
[ha]
E003
[ha]
Total
[ha]
10
H3
1.002
778
613
2.393
10
H5
2.162
-
20
2.182
11
H0
804
3.048
5.586
9.438
11
H3
6.023
-
-
6.023
18
H0
52
725
689
1.466
5
6
H5
H1
859
1.843
9.821
5.308
859
16.972
-
Total
12.745
14.372
12.216
39.333
Criterio 3: Selección de mayores áreas de cultivo
Para seleccionar los cultivos que fueron parte del análisis para este estudio, se eligieron los de mayor
extensión de cada zona agro-ecológica. Por último, 9 fincas fueron seleccionadas, de las cuales 7
pudieron ser visitadas para entrevista con éxito5.
Los siete cuestionarios representan un área total de 32.215 hectáreas, lo que representa el 24% del
área total6.
Tabla 4: Identificación final de los sitios específicos. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña)
Categoría
tipo suelo
Humedad
10
H3
10
H5
11
E001 [ha]
2.162
No.
H3
18
H0
5
H5
6
H1
No.
778
C001
C003
10
C005
4.400
C004
C001
7.507
353
C007
838
9.821
9.000
C001
48
6.000
274
Total
Total [ha]
778
C006
353
838
No.
2.162
3.048
6.000
E003 [ha]
C007
H0
11
E002 [ha]
C002
C001
14.274
73
C003
10
C005
4.400
C004
8.941
14.578
32.215
En la Tabla 5 se resumen los criterios de exclusión (descritos anteriormente) y su representatividad se
expresa en porcentaje.
5
6
Dos cuestionarios han sido descartados debido a la falta de datos y valores irreproducibles.
Algunas plantaciones seleccionadas incluyen más de una zona agroecológica.
15
Tabla 5: Información general sobre selección del sitio de estudio. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña)
Criterio
Área (ha)
% de área total
% área de EtOH
Área total (excl. infraestructura)
216.768
100%
-
Criterio 1: 5 Compañías de Etanol (área total )
134.006
62%
100%
Compañías de Etanol: área para EtOH
37.000
17%
28%
Criterio 2: Suelos y humedad representativa
39.333
18%
29%
Criterio 3: Área de cultivo representativo
32.215
15%
24%
Evaluación de datos
Los datos derivados de siete cuestionarios fueron modelados independientemente y por consiguiente
se analizaron los impactos específicos del sitio. Además, los datos son también agregados con el
objetivo de construir conjuntos de datos promedios los cuales son representativos para todo el Valle
Geográfico del Río Cauca. La agregación de datos de sitios individuales a un promedio se realizó
empleando un factor de ponderación basado en el área de la plantación muestreada. Este método
permite expresar el rango de todos los parámetros en el nivel de inventario (esto es, N-fertilizante: 50100kg/ha-año o distancia de transporte 5 – 15km) y de impacto ambiental (esto es, emisiones de CO2:
1-2kg/kg de caña de azúcar).
Tabla 6: Área y factor de peso de los sitios de estudio seleccionados. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña)
Parámetro
Zona Agro- ecológica
Rendimiento
Área
Factor de ponderación
Unidad
Ton/ha/año
ha
%
C001
10H3
11H0
6H1
18H0
114,9
14.000
43,4%
C002
10H3
11H0
6H1
18H2
121,9
274,0
0,8%
Cuestionario
C003
C004
10H3
10H3
11H0
11H0
6H1
6H1
18H3
18H4
142,0
118,6
120,9
8.800
0,4%
27,3%
C005
10H3
11H0
6H1
18H5
142,0
20,3
0,1%
C006
10H3
11H0
6H1
18H7
110,7
6.023
18,7%
C007
10H3
11H0
6H1
18H8
90,7
3.000
9,3%
3.1.3 Sistema de producción agrícola
El sistema de cultivo de caña de azúcar más común es el cultivo de fila, ya sea en planicies o en colinas.
Antes de la siembra del cultivo, la tierra se prepara quitando raíces y piedras, desbaratando el arado
existente, purgando el suelo si es necesario, proporcionando la inclinación adecuada y mejorando las
condiciones del suelo. Una vez que el terreno está preparado, se introducen los brotes en el
campo (reproducción vegetativa) y el ciclo del cultivo se inicia (Ellis and Merry 2007). El ciclo de
cultivo puede ser clasificado en cuatro fases:
16
Figura 7: Ciclo de cultivo de la caña de azúcar (Netafim 2011).
La fase de germinación comienza alrededor de 7 a 10 días después de sembrar los brotes y
dura unos 30-35 días hasta que la germinación se completa. La fase de macollaje dura hasta 120 días
y es
un proceso
fisiológico
de
ramificaciones
subterráneas
repetidas.
La
gran
fase
de
crecimiento dura hasta 270 días. Durante el período inicial de esta fase se lleva a cabo la
estabilización de los vástagos. La fase de maduración dura alrededor de tres meses, el crecimiento
vegetativo se reduce mientras se produce la síntesis de azúcar y su rápida acumulación en esta
etapa. A medida que avanza la maduración, los azúcares simples (monosacáridos, es decir Fructosa y
glucosa) se convierten en azúcar de caña (sacarosa, un disacárido). La maduración de la caña se
produce desde abajo hacia arriba y por lo tanto la parte inferior contiene más azúcares que la parte
superior. Los días soleados, las noches de cielo despejado y los días cálidos (es decir, mayor variación
diurna de la temperatura) y el clima seco, son altamente favorables para la maduración (Netafim
2011).
Después de la fase de maduración de 12 a 13 meses después de la siembra, la caña de azúcar puede
ser recolectada. Después de la recolección, el retoño produce una soca de caña. Los nuevos
brotes crecen
y
desarrollan las
raíces
mientras
que
las
raíces viejas mueren
y
se
descomponen. Así, cada cultivo se mantiene por el agua y los nutrientes absorbidos por su propio
sistema de raíces y los nuevos retoños de caña pueden ser recolectados. Sin embargo, con cada ciclo,
el suelo pierde su estructura y se compacta por la mecanización intensa. La inclinación creada por la
preparación del suelo se pierde, el almacenamiento y movimiento de aire y agua se reduce, la
salinidad y sodicidad del suelo se agravan, las raíces se dañan por los equipos de recolección y las
plagas
y enfermedades
causan más
daño.
Consecuentemente, la
formación
de un
sistema
radicular adecuado se vuelve más difícil para cada uno de los retoños sucesivos, las poblaciones de
plantas
disminuyen, y
los
rendimientos
de
caña
se reducen
al
punto donde
17
se
vuelve económico arar los cultivos y replantar (Ellis and Merry 2007). Como se muestra en la Tabla 7,
el ciclo de cosecha media en el Valle Geográfico del Río Cauca es de unos 11 a 13 meses y
dependiendo de los sitios, la caña de azúcar se cultiva de a 5 a 9 ciclos.
Tabla 7: Ciclo de cultivo de caña de azúcar en el Valle geográfico del Río Cauca. (Fuente: CUE con base en estudio
de campo)
Cuestionario
Parámetro
Unidad
C001
C002
C003
C004
C005
11H0
11H0
11H0
6H1
6H1
6H1
C006
C007
Promedio
10H3
Zona Agro ecológica
11H0
-
6H1
6H1
11H3
10H5
5H5
18H0
Período de cosecha
# cortes
Promedio
veces
meses
Área
ha
%
8
13,5
9
12,7
5
13,0
5
13,.0
5
13,0
5
12,0
5
12,0
6
12,7
14.000
43,4%
274
0,8%
121
0,4%
8.800
27,3%
20
0,1%
6.023
18,7%
3.000
9,3%
43.238
100%
La masa de material foliar remanente de la cosecha varía entre variedades, y por tanto el grado de
auto-destrucción y la relación másica hoja / tallo puede tener efectos significativos en el costo de la
recolección y en el trabajo de seguimiento. La quema de la caña antes de la cosecha elimina la mayor
parte de la vegetación muerta, sin causar daños importantes en el interior del tallo de la caña (Glyn
2007). En Colombia la quema antes de la cosecha es una práctica comúnmente aplicada, como se
ve en la Tabla 8.
Tabla 8: Método de recolección de la caña de azúcar en el Valle Geográfico del Río Cauca. (Fuente: CUE con base
en estudio de campo)
Cuestionario
Parámetro
Unidad
C001
C002
C003
C004
C005
C006
C007
Promedio
10H3
Zona Agro ecológica
-
11H0
6H1
6H1
11H0
11H0
11H0
6H1
6H1
6H1
11H3
10H5
5H5
18H0
Quema
%
70%
70%
70%
70%
70%
70%
70%
70%
No-quema
%
30%
30%
30%
30%
30%
30%
30%
30%
Manual
%
55%
100%
100%
50%
0%
79%
79%
66%
Maquinaria
%
45%
0%
0%
50%
100%
21%
21%
34%
18
La recolección puede ser realizada manual o mecánicamente. Las labores manuales son el corte de la
caña de azúcar verde o pre-quemada con un machete. La cosecha manual de caña requiere de mano
de obra calificada ya que una inadecuada recolección conduce a la pérdida de rendimiento, calidad
deficiencia en el jugo y problemas en la molienda debido a materiales extraños. En la mayoría de las
áreas, sin embargo, el corte de la caña verde tiene niveles más altos de materiales extraños (tierra,
hojas y otros materiales que no contienen sacarosa) que la caña que ha sido quemada antes de la
recolección (Glyn 2007).
Desde el punto de vista del rendimiento de soca, el corte manual es siempre preferido frente al corte
mecánico ya que las máquinas causan más daño a las raíces de la caña y el riesgo de compactación del
suelo es mucho mayor. Además, la recolección con hachas mecánicas conduce a obtener mayores
niveles de materiales extraños en comparación con el corte manual. Sin embargo, cuando la mano de
obra es escasa o costosa, la cosecha mecánica puede ser económicamente viable (Glyn 2007).
Luego los tallos cortados de caña son cargados y transportados al molino de azúcar y en el campo se
suele establecer un descanso después de la recolección del último retoño de caña.
3.1.4 Productividad
Debido a las favorables condiciones climáticas y a las buenas prácticas de cultivo, Colombia tiene un
alto rendimiento promedio de 14,6 toneladas de azúcar por hectárea por año; la productividad
promedio anual está alrededor de 120 ton caña / ha en el norte del Valle Geográfico del Río Cauca,
127 ton caña / ha en el centro y 105 ton caña / ha en el sur (Asocaña 2011). Los valores de
productividad suministrados por Asocaña son de 120 ton caña / ha para el 2009 y 117,6 ton caña /
ha en promedio para los años 2000 a 2009 (Asocaña 2011).
Figura 8: Productividad cronológica de caña de azúcar y azúcar en ton por ha en Colombia (Asocaña 2011)
19
La variabilidad anual de la producción puede explicarse debido a las condiciones climáticas
cambiantes, mientras que las prácticas agrícolas de cultivo de la caña en el Valle Geográfico del Río
Cauca no cambian drásticamente. Debido a las fluctuaciones de productividad anual, se tomaron los
valores de rendimiento promedio 2000 a 2009 para este estudio. Como se muestra en la Figura 9, la
productividad de las plantaciones seleccionadas oscilaron entre 91 y 142 t/ha, con un promedio de
114 t/ha (promedio ponderado en función de la zona).
Figura 9: Productividad de la caña de azúcar para los sitios estudiados en toneladas de caña por ha (Fuente: CUE
con base en estudio de campo)
3.1.5 Caracterización del sistema
En la Figura 10 se ilustran los insumos utilizados para el cultivo de la caña de azúcar y las emisiones.
Los flujos individuales se describen en las siguientes secciones.
20
Producción y transporte
Fertilizante
mineral
Pesticidas
Uso de
maquinaria
fertilizante
Orgánico
Transporte
Agua
Transformación de la
tierra
Ocupación de la tierra
Vertidos al agua
Caña de
azúcar
Captación de CO2,
biogénica
Vertidos al suelo
Emisiones al aire
Captación de energía,
biogénica
Caña de azúcar, en
el campo
Figura 10: Visión esquemática del inventario de caña de azúcar. (Fuente: CUE)
3.1.6 Materias primas y auxiliares
3.1.6.1 Plántulas
En los cultivos comerciales de caña de azúcar se utiliza la propagación vegetativa. Si los tallos se
cortan en tres esquejes brotan antes de ser cubiertos, todos los brotes germinan para formar filas
continuas de crecimiento uniforme. Para la siembra manual, los rangos de densidad de siembra van de
5 a 10 ton semillas de caña/ha, mientras que para este estudio se asumió 10 ton de semilla de
caña por hectárea. El uso de cortes se incluye en el cálculo de la productividad de la caña de
azúcar, mediante la reducción de la productividad.
3.1.6.2 Aplicación de fertilizantes
Con el fin de compensar la pérdida de nutrientes después de la cosecha, los cultivos de caña de
azúcar se fertilizan y en caso de plagas y enfermedades se aplica el biocontrol. Los fertilizantes típicos
son la urea, DAP, Ferticaña, vinaza y compostaje y se presentan por hectárea - año en la Tabla 9.
21
Tabla 9: Aplicación de fertilizantes en los sitios de estudio por hectárea y año. (Fuente CUE con base en estudio de
campo)
Entrada
Fertilizante mineral
Urea
KCL
DAP
Boro & zinc
Boro & zinc (liq)
Sulfuro de zinc
Sulfato de zinc
SAM
Calphos
Cal agrícola (carbonato de
calcio)
Fertilizantes orgánicos
Vinaza 35%
Compost
Gallinaza
Ferticaña
Residuos de cosecha
Total N
Total P2O5
Total K2O
Ponderación
Unidad
C001
C002
C003
C004
C005
C006
C007
Promedio
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
400
0
0
0
0
0
0
156
0
0
95
0
0
0
24
5
0
0
369
92
0
0
0
0
0
0
0
369
0
0
0
0
0
0
0
0
323
92
0
0
0
0
0
0
0
160
0
25
0
0
0
0
0
0
160
0
25
0
0
0
0
0
45
321
1
7
0
0
0
0
68
4
kg/ha
0
0
0
0
0
0
594
55
0
0
0
1
50.769
169,9
0,1
55,5
0,4%
0
0
0
0
50.769
169,8
27,3%
5.825
8.000
0
0
55.000
105,2
37,1
183,2
9,3%
1.627
2.235
12
0
49.174
175,5
11,7
52,1
100,0%
kg/ha
kg/ha
kg/ha
l/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
%
0
0
0
0
0
1 421
1
0
44.444 47.368
227,6
12,8
6.4
34,1
0.1
71,1
43,5%
0,9%
0
5.825
0
8.000
0
0
0
0
50.769 55.000
148,6 105,2
28,1
55,4
183,2
0,1%
18,6%
La cantidad de nutrientes aplicados en el campo se muestra en la Tabla 10 y se compara con los
valores y las recomendaciones de la literatura.
Tabla 10: Dosis recomendada de fertilizantes N-P-K.
Descripción
Valle Geográfico del Río Cauca:
(mínimo)
Valle Geográfico del Rio Cauca:
(Promedio)
Valle Geográfico del Rio Cauca:
(máximo)
Cultivo orgánico de caña de
azúcar
Cenicaña
País
Unidad
N
P2O5
K20
CO
kg/ha-año
13
0
0
Estudio de campo
CO
kg/ha-año
176
12
52
Estudio de campo
CO
kg/ha-año
227
37
183
Estudio de campo
CO
kg/ha-año
50-100
60-120
CO
kg/ha-año
40-175
0-50
Fuente
http://www.sugarcanecrops.
60-150 com/agronomic_practices/fe
rtigation
0-100
http://www.cenicaña.org/pdf
/documentos_no_seriados/li
bro_el_cultivo_caña/libro_p1
53-177.pdf
22
Descripción
País
Unidad
N
P2O5
K20
BR
kg/ha-año
55
51
101
Ecoinvent
Fuente
Ecoinvent
3.1.6.3 Control biológico y aplicación de pesticidas
En los últimos años el control biológico de plagas y enfermedades ha ganado importancia.
En
los sitios de estudio se usan Trichrograma, organismos fijadores de Nitrógeno y Taquinidos. Sin
embargo, para prevenir plagas y enfermedades en los extensos campos de monocultivo se aplican
varios químicos (véase Tabla 11).
Tabla 11: Aplicación de pesticidas por año y hectárea. (Fuente CUE con base en estudio de campo)
Entrada
Pesticidas / Herbicidas
Glifosato
Roundup 747 (Glyphosphate)
Azufre
Roundup
Gasapax
Larmex
Terbutryn
Amina
Index-A
Cosmoagua
Percloron
Diurion
Ametrina
Atrazina
Mexclater
Fusilade
Unid
C001
C002
C003
C004
C005
C006
C007
Promedio
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
l/ha
kg/ha
l/ha
l/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
kg/ha
l/ha
1,1
1,8
0,6
0,8
-
0,3
18,8
1,2
0,8
0,7
0,2
0,2
-
0,4
0,8
1,2
0,8
0,7
0,0
0,6
0,4
1,3
0,8
1,2
0,8
0,7
0,4
0,7
0,4
0,8
1,2
0,8
0,7
0,0
0,0
0,7
1,4
0,8
0,4
0,2
2,0
1,0
2,0
2,5
-
1,6
0,8
0,2
2,0
1,0
2,0
2,5
-
0,41
0,12
0,16
0,36
0,70
1,11
0,47
0,78
0,19
0,00
0,06
0,56
0,28
0,56
0,70
0,19
3.1.6.4 Irrigación y drenaje
La precipitación anual en el Valle Geográfico del Río Cauca varía de 800 a 2600 mm/año y es en
promedio 1000 mm. Hay dos períodos principales de lluvias, de Marzo a Mayo y de Octubre a
Noviembre. Los requerimientos de los cultivos son alrededor de 900 a 1300 mm por 13 meses (un
ciclo). En la Figura 11, se muestra la precipitación y la evapotranspiración en el Valle Geográfico del Río
Cauca.
23
Figura 11: Precipitación (izquierda) y evaporación(derecha) en el Valle Geográfico del Río Cauca (Cenicaña 2001)
Con el fin de compensar las pérdidas por evapotranspiración durante los períodos secos, la mayoría de
los cultivos de caña de azúcar en el Valle Geográfico del Río Cauca deben ser irrigados (Aguas 1995).
Además de las condiciones climáticas, la cantidad de agua de riego depende de la técnica de
irrigación. En general, los canales abiertos son empleados para irrigar agua a los cultivos.
La frecuencia de riego es aproximadamente 5 veces al año y se aplica una cantidad anual de 5.000 a
9.000 m3 por ha. Sin embargo, si se instalan sistemas de tubería para riego, la cantidad de agua se
puede reducir a 3.600 m3 (Cenicaña 2010).
Tabla 12: Requerimiento de agua para caña de azúcar usando diferentes sistemas de irrigación (Cenicaña 2010)
Ahorros de agua y volúmenes aplicados con el uso
de tecnologías de riego*
Un riego
(m3/ha)
Cuatro riegos, con
Balance Hídrico
(m3/ha)
Volumen de agua aplicado en el riego del cultivo sin
adoptar ninguna de las tecnologías
1.800
7.200
200
800
1.600
6.400
Ahorro de agua mínimo
si adopta el Control Administrativo de Riego
Volumen de agua aplicado después de adoptar el
Control Administrativo del Riego (CAR)
Siete riegos, sin
Balance Hídrico
(m3/ha)
12.600
1.400
11.200
24
Un riego
(m3/ha)
Cuatro riegos, con
Balance Hídrico
(m3/ha)
300
1.200
2.100
1.300
5.200
9.100
200
800
1.400
1.100
4.400
7.700
si adopta el riego por pulsos
200
800
1.400
Volumen de agua aplicado después de adoptar CAR,
surco alterno, tubería con compuertas y pulsos
900
3.600
6.300
Ahorros de agua y volúmenes aplicados con el uso
de tecnologías de riego*
si adopta el riego por surco alterno
Volumen de agua aplicado después de adoptar CAR
y surco alterno
si instala tubería con compuertas
Volumen de agua aplicado después de adoptar CAR,
surco alterno y tubería con compuertas**
Siete riegos, sin
Balance Hídrico
(m3/ha)
* Valores estimados con base en las investigaciones realizadas por Cenicaña en cooperación con los ingenios
azucareros y los cultivadores de caña.
** Valores alcanzados en el ingenio Manuelita S.A
Figura 12: Canal de irrigación en plantaciones de caña de azúcar (© Cenicaña).
El sistema de riego predominante en los sitios de estudio es el canal abierto por gravedad y algunos
utilizan sistemas de tuberías más eficientes. Dependiendo de la ubicación y la técnica de riego, la
cantidad de agua irrigada oscila entre 1800 y 6250 m3 por hectárea - año. Por lo tanto la cantidad de
agua irrigada oscila entre 20 y 75 litros por tonelada de caña de azúcar.
Tabla 13: Requerimiento de agua y sistemas de riego (Fuente CUE con base en estudio de campo)
Cuestionario
25
Parámetro
Precipitación
Unidad
C001
C002
C003
C004
C005
C006
C007
Promedio
mm
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
2.580
3.500
6.250
-
-
-
-
1.174
6.020
5.500
-
5.815
6.250
5.400
1.800
5.429
-
-
-
-
-
-
0
0
m3/kg
2,3 E-02
2,9 E-02
4,5 E-02
0,0E+00
0,0,E+00
0,0 E+00 0,0 E+00
1,0 E-02
m3/kg
5,3 E-02
4,6 E-02
0,0,E+00
5,0 E-02
4,5 E-02
5,0 E-02
2,0 E-02
4,8 E-02
Sistema
Tuberías
Canal
Abierto
A partir de
Vinaza
Sistema
Tuberías
Canal
Abierto
A partir de
Vinaza
m3/haaño
m3/haaño
m3/haaño
m3/kg
0,0E+00
0,0 E+00
0,0 E+00
0,0 E+00
0,0 E+00
0,0 E+00
5,E-08
4,0 E-09
Total
m3/kg
8,0 E-02
7,0 E-02
4,0 E-02
5,0 E-02
4,0 E-02
5,0 E-02
2,0 E-02
6,0 E-02
Rios
Rios
-
Fuente
Subterránea Subterránea Subterránea Subterránea Subterránea
Dentro de este estudio se modela un motor de 100 HP para el bombeo de 341 m3 de agua por hora,
resultando en una demanda de energía de 0,22 kWh por m3.
3.1.7 Uso de maquinaria y energía
Preparación y manejo del suelo.
La mayoría de la maquinaria se utiliza con el fin de establecer la plantación y durante la cosecha. Es
crucial una preparación cuidadosa del sitio, ya que el cultivo permanece en el campo durante unos 5 a
6 años antes de reemplazar el cultivo. Los principales objetivos en la preparación de la tierra es
disponer un lecho de semillas que permita óptimas relaciones aire – agua - suelo, incorporar
residuos de cultivos anteriores y abonos orgánicos, y así facilitar la adecuada actividad química y
microbiana del suelo y la creación de buenas condiciones físicas para la penetración y proliferación
temprana de las raíces.
Una preparación típica de la tierra en el Valle Geográfico del Río Cauca se realiza principalmente de
forma mecánica e involucra los siguientes pasos.
26
Figura 13: Maquinaria utilizada para la preparación de la tierra, siembra y manejo. (Fuente: CUE con base en estudio de campo)
De igual manera, en la siguiente tabla se exponen los requerimientos de energía para la preparación
de la tierra de cultivo de caña de azúcar.
Tabla 14: Caña de azúcar: Requerimientos de energía para la preparación de la tierra. (Fuente: CUE con base en estudio de campo)
No
1
2
3
4
5
Maquinaria
Objetivo
Primer año de preparación de la tierra
Mezcla de residuos de cosecha,
Grada I
destrucción de heces
Rompimiento del suelo compactado
Corte de
mejora de la profundidad de las
raíz
raíces
Arador
Mezcla de tierra vegetal
Grada II
Grada III
6
Laminación
7
9
8
9
Surcado
Fertilizante
Tractor
Fertilización
Buena superficie de labrado
Preparación de la superficie de
labranza
Nivelación: relleno en huecos, rejillas
para drenar exceso de agua
Surcos de siembra:
Mejorar el suelo: Aplicación de cal.
Siembra
Fertilización
Consumo
Diesel
[l/ha] kg/ha
Proceso Ecoinvent
18
15,0
Labranza, cultivador rotatorio/CH
U
48
39,9
Labrado, rastrilleo, por rastreadora
rotatoria/CH U
24
20,0
18
15,0
18
15,0
7
5,8
Labranza, rastrilleo /ha/CH
16
5
7
5
13,3
4,2
5,8
4,2
Labranza, rastrilleo /CH U
Fertilización por transmisión/CH U
Plantación/ha/CH
Fertilización por transmisión /CH U
labranza, arado/CH U
Labranza,rastrilleo, por rastrillo
rotatorio/CH U
Labranza, rastrilleo, por rastrillo
rotatorio/CH U
27
Cosecha
La cosecha comprende la quema (si aplica), el corte, el cargue a los vagones y el transporte de la caña
al ingenio. En general, el transporte y el procesamiento de la caña de azúcar deben realizarse antes de
36 horas después de realizada la quema o el corte en verde para evitar pérdidas de sacarosa.
Figura 14: Cosecha verde manual (izquierda) y carga de la caña cortada después de la quema previa a la cosecha
(derecha). (Fuente: EMPA)
La cosecha manual de caña de azúcar verde y quemada, implica el corte con machete, el cargue en
vagones y el transporte de la caña de azúcar a la fábrica. Para cargar los vagones de transporte en el
Valle del Cauca se emplean por lo general alzadoras mecánicas que cuentan con brazos hidráulicos.
Tabla 15: Consumo de energía de la cosecha manual y mecánica. (Fuente: CUE, con base en estudio de campo y
datos por defecto de Ecoinvent)
Proceso
Consumo de
Diesel (l/ha-año)
kg/
ha-año
Set de datos Ecoinvent
usado
Cosecha
Manual
12,9
10,73
Carga del forraje por
trailer autocargador /CH
U
Cosecha
Mecánica
75,4
62,73
Cultivo, por cultivador
completo, remolacha/CH
U
Descripción
El Inventario tiene en cuenta el consumo
de diesel y la cantidad de maquinar
agrícola, que debe ser atribuida a los
vagones de caña. Además tiene en cuenta
la cantidad de emisiones al aire por la
combustión y los residuos depositados en
los suelos por la abrasión de las llantas
durante el proceso
El Inventario tiene en cuenta el consumo
de diesel y la cantidad de maquinar
agrícola, que debe ser atribuida al
cosechador. Además tiene en cuenta la
cantidad de emisiones al aire por la
combustión y los residuos depositados en
los suelos por la abrasión de la llantas
durante el proceso
28
En general, el consumo de diesel es de 24 a 86 litros por hectárea y año, dependiendo de la cosecha
manual o mecánica. En Brasil, el consumo de diesel oscila entre 68 y 285 litros por hectárea y es en
promedio 164 litros por hectárea (Macedo, Seabra et al. 2008). Sin embargo, el valor en Brasil también
incluye el transporte desde el campo hasta la fábrica, para lo cual se utilizan 90 litros de diesel por
hectárea. Por lo tanto, los valores son comparables.
3.1.8 Transporte
En la Tabla 16 se presentan las distancias de transporte de los insumos de cultivo. Son principalmente
transportados en camiones, pero los pesticidas especiales son importados de Europa y se transportan
por avión. El transporte de los insumos de la finca al campo se incluye en el capítulo de maquinaria
(ver sección 3.1.7). Adicionalmente, el transporte de productos orgánicos de la planta de etanol y el
ingenio de azúcar (compost y vinaza) se consideran en la sección 3.1.7.
Tabla 16: Distancias para el transporte de insumos de cultivo. (Fuente: CUE con base en estudio de campo)
Material
Unidad
C001
C002
C003
C004
C005
C006
C007
Pesticidas
Camión
32t
Barco de
carga
km
km
kg/ha
4
22
4
5
4
5
6
200
10.000
kg/ha
400
124
462
369
415
185
185
200
-
kg/ha
-
-
-
-
-
-
45
-
-
-
-
-
-
-
-
594
-
-
Fertilizante orgánico
Calphos
Cal agrícola (carbonato
de calcio)
kg/ha
Fertilizante orgánico
kg/ha
-
-
-
-
-
-
-
100
-
Vinaza 35%
kg/ha
-
-
-
-
-
5.825
5.825
200
-
Compost
kg/ha
-
-
-
-
-
8.000
8.000
-
-
3.1.9 Cambio del uso del suelo
En la
Tabla
17 se
presenta el uso de
la tierra por kg de
caña de azúcar. Todas las
plantaciones visitadas fueron establecidas desde hace décadas en el mismo campo, por lo que no hay
un impacto directo en el cambio de uso de la tierra. Sin embargo, la ocupación de tierra evita la
conversión a su estado natural, lo cual genera cierto impacto.
29
Tabla 17: Transformación del uso del suelo y ocupación del cultivo de la caña de azúcar de los sitios de estudio.
Cuestionario
Parámetro
Unidad
C001
C002
C003
C004
C005
C006
C007
Promedio
Tipo uso
del
suelo
m2a
Caña
Azúcar
Caña
Azúcar
Caña
Azúcar
Caña
Azúcar
Caña
Azúcar
Caña
Azúcar
Caña
Azúcar
Caña
Azúcar
8,8E-02
8,3E-02
7,1E-02
8,6E-02
7,1E-02
9,2E-02
1,1E-01
9,0E-02
Transformación,
desde arable
m2
4,4E-03
4,1E-03
3,6E-03
4,3E-03
3,6E-03
4,6E-03
5,6E-03
4,5E-03
Transformación,
hacia arable
m2
4,4E-03
4,1E-03
3,6E-03
4,3E-03
3,6E-03
4,6E-03
5,6E-03
4,5E-03
Uso del suelo en
2000
Ocupación
Además, se asume que el contenido de carbono en el suelo permanece constante durante el ciclo
de la caña de azúcar.
3.1.10 Absorción de carbono y energía de la biomasa
La absorción de dióxido de carbono se calcula a partir del contenido de carbono de la caña de azúcar
(0.451 kg de CO2 por kg de caña de azúcar), mientras que la energía de la biomasa se calcula a partir
del contenido energético de la caña de azúcar (4.95MJ por cada kg de caña de azúcar) (Jungbluth,
Dinkel et al. 2007).
3.1.11 Emisiones a la atmósfera
La aplicación de fertilizantes así como la quema de pre-cosecha de las plantaciones de caña de azúcar
causan emisiones al aire. Para la quema de la pre-cosecha se consideraron los valores de la literatura
presentados en la Tabla 18.
Tabla 18: Emisiones a la atmósfera de la quema pre-cosecha.
Sustancia
Cantidad
Unidad
Fuente
NOx
1,70E-04
kg/kg caña
(Leal 2005)
CH4
3,03E-04
kg/kg caña
(Macedo 1997; Jungbluth, Dinkel et al. 2007)
CO
3,27E-02
kg/kg caña
(Leal 2005; Jungbluth, Dinkel et al. 2007)
Partículas >10µm
2,62E-03
kg/kg caña
(Leal 2005)
Partículas >2.5µm
2,84E-04
kg/kg caña
(Leal 2005; Jungbluth, Dinkel et al. 2007)
CH
5,30E-03
kg/kg caña
(Leal 2005)
Las emisiones de amoníaco se calcularon empleando los factores de emisión del modelo Agrammon
(SHL 2010). Para la urea, las emisiones de NH3 son del 15% del total de nitrógeno aplicado y el modelo
30
prevé que otros fertilizantes minerales sólo emiten el 2% del nitrógeno total. Para el compostaje y para
el estiércol de aves de corral, se estima que un 80% y un 30% del Nitrógeno Total Amoniacal se emiten
en forma de NH3, respectivamente. Las emisiones de N2O y de NOx fueron modeladas empleando los
factores de emisión del IPCC (IPCC 2007).
Tabla 19: Emisiones a la atmósfera de la aplicación de fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión)
Parámetro
NH3-N
N2O
NOx
Unidad
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
C001
2,6E-04
7,8E-05
1,6E-05
C002
8,6E-07
4,2E-05
8,8E-06
Cuestionario
C003
C004
C005
1,8E-04 2,2E-04 1,6E-04
5,9E-05 7,0E-05 5,6E-05
1,2E-05 1,5E-05 1,2E-05
C006
2,1E-04
7,7E-05
1,6E-05
C007
2,5E-04
9,4E-05
2,0E-05
Promedio
2,4E-04
7,7E-05
1,6E-05
3.1.12 Vertidos al agua
Los vertidos de fósforo y nitrato a las aguas subterráneas y superficiales se calcularon con base en las
condiciones climáticas locales, la cantidad de fertilizantes aplicada y factores por defecto. Los cálculos
están basados en el mismo modelo utilizado en la herramienta en línea SQCB (Faist-Emmenegger,
Reinhard et al. 2009).
Tabla 20: Vertidos al agua de la aplicación de fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión)
Vertidos al agua
C001
C002
C003
C004
C005
C006
C007
Promedio
Nitrato
P
mm
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
S
kg N/ha-año
494,22
297,00
474,46
474,46
453,23
487,40
487,40
485,14
C
Contenido de arcilla
4,90
4,90
4,90
4,90
4,90
4,90
4,90
4,90
L
Profundidad de raíz
(m)
1,50
3,50
4,50
5,50
6,50
8,50
9,50
4,67
Corg
%
1,19
1,19
1,19
1,19
1,19
1,19
1,19
1,19
Densidad
t suelo /m3
aparente
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
Corg,
EMPA
t C/ 3000m3
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
Norg
kg/ha
8.912
8.912
8.912
8.912
8.912
8.912
8.912
8.912
U
kg N/ ton
producción
261,75
277,97
322,34
268,52
322,34
249,93
204,06
256,43
N
kg NO3/kg caña
1,88E-03
4,80E-04
5,16E-04
6,02E-04
3,87E-04
5,14E-04
6,28E-04
1,14E-03
Fósforo al agua superficial
A
Perdida del suelo
potencial anual a largo
plazo [t ha-1 año-1]
0,85
0,86
0,81
0,80
0,81
0,80
0,73
0,82
R
Factor de
erosividad [MJ mm ha1 h-1 año-1]
421,02
424,60
400,30
396,51
400,30
392,91
362,29
403,56
k
Factor de
erodabilidad [t h MJ-1
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
31
Vertidos al agua
C001
C002
C003
C004
C005
C006
C007
Promedio
mm-1]
LS
Factor Pendiente [-]
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
S
Pendiente %
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
L
longitud m
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
C1
Factor cultivo [-]
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
C2
Factor labrado [-]
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
P
Factor practica [-]
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
Pe
kg P /kg caña
3,00E-06
2,85E-06
2,32E-06
2,76E-06
2,32E-06
2,93E-06
3,31E-06
2,95E-06
fosfato al agua superficial: escorrentía y drenaje
kr
Escorrentía promedio
[kgP ha-1 año-1]
0,18
2,18
3,18
4,18
5,18
7,18
8,18
3,35
f
[kgP ha-1]
6,22
-
-
-
-
11,53
20,53
6,76
Cm
Fertilidad del suelo
(kgP/ha)
0,14
34,11
0,14
-
-
16,59
16,59
4,98
1,13E-05
1,06E-05
9,18E-06
1,10E-05
9,18E-06
1,18E-05
1,45E-05
1,16E-05
kg P /kg caña
3.1.13 Residuos al suelo
La deposición de metales pesados al suelo están calculadas como el balance entre la entrada de
metales pesados debido a la fertilización y la salida por remoción debida a la cosecha del cultivo
(Jungbluth, Dinkel et al. 2007). Además, se asume que los pesticidas aplicados emiten al suelo.
Tabla 21: Residuos al suelo de la aplicación de pesticidas y fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión)
Parámetro
Cd
Cu
Zn
Pd
Ni
Cr
Hg
Glifosato
Azufre
Roundup
Ametryn
Diuron
Terbutryn
2,4-D
Hipoclorito
de sodio
Ametryn
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
C001
-2,3E-10
1,7E-08
1,6E-07
3,7E-09
1,3E-08
8,9E-09
3,4E-18
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
4,9E-08
1,2E-07
5,1E-06
5,1E-09
C002
2,0E-10
3,6E-07
2,3E-06
7,3E-09
2,9E-08
2,0E-08
2,5E-09
2,6E-08
1,6E-04
0,0E+00
4,9E-08
0,0E+00
6,2E-06
4,3E-09
Cuestionario
C003
C004
C005
-3,4E-10 -3,5E-10 -3,6E-10
6,4E-09 6,2E-09 4,3E-09
8,3E-08 7,5E-08 6,8E-08
4,0E-09 9,1E-10 3,6E-09
6,7E-09 6,3E-09 6,0E-09
4,1E-09 3,8E-09 3,4E-09
0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00
2,7E-08 3,5E-08 2,9E-08
0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00
0,0E+00 1,1E-07 0,0E+00
2,7E-08 3,2E-08 2,7E-08
3,0E-06 1,7E-07 3,0E-06
5,4E-06 6,4E-06 5,4E-06
3,7E-09 4,4E-09 3,7E-09
kg/kg caña
0,0E+00
1,5E-06
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
2,1E-06
2,5E-06
2,5E-06
kg/kg caña
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
4,6E-08
5,6E-08
5,6E-08
Unidad
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
kg/kg caña
C006
3,6E-09
1,6E-06
9,6E-06
5,4E-08
1,4E-07
1,2E-07
1,3E-08
6,0E-08
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
1,5E-10
0,0E+00
5,5E-09
C007
7,3E-09
2,3E-06
1,2E-05
1,2E-07
3,2E-07
8,4E-06
1,6E-08
8,9E-08
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
1,8E-10
0,0E+00
6,7E-09
Promedio
1,1E-09
5,1E-07
3,0E-06
2,3E-08
6,4E-08
8,1E-07
3,9E-09
8,9E-08
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
1,8E-10
0,0E+00
6,7E-09
32
Parámetro
Unidad
Atrazine
kg/kg caña
Hidrocarbu
ros,
alifáticos, kg/kg caña
alcanos
clorinados
Fluazifop kg/kg caña
C001
0,0E+00
C002
0,0E+00
Cuestionario
C003
C004
C005
0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
2,3E-07
2,8E-07
2,8E-07
0,0E+00
0,0E+00
4,6E-08
6,0E-08
5,0E-08
0,0E+00
0,0E+00
0,0E+00
C006
1,8E-07
C007
2,3E-07
Promedio
2,3E-07
3.2 Ingenio de azúcar y producción de etanol
3.2.1 Introducción
La capacidad instalada de producción de etanol de caña de azúcar es 1.050.000 litros por día. Los
datos de inventario utilizados en este estudio se recogen de las empresas marcadas con (*) y se
presentan en el cuadro siguiente.
Tabla 22: Plantas de etanol en Colombia 2009. (Fuente: Asocaña)
Compañía
Región
Capacidad
(l/día)
INCAUCA *
Miranda, Cauca
300.000
PROVIDENCIA *
El cerrito, Valle
250.000
MANUELITA *
Palmira, Valle
250.000
MAYAGÜEZ *
Candelaria, Valle
150.000
RISARALDA
La Virginia, Risaralda
100.000
TOTAL
1.050.000
Además, existe una planta de etanol a base de yuca como materia prima, en Puerto López, Meta. La
compañía se llama GPC Etanol y tiene una capacidad instalada de 25.000 litros por día. Están
planeadas dos plantas de etanol a partir de caña de azúcar con una capacidad proyectada de 850.000
litros por día. La compañía Bioenergy está planeando construir una planta de etanol en Puerto López
con una capacidad mínima de diseño de 480 m3/día de etanol anhidro (Acosta 2009). Debido a que la
planta aún no está en operación, no se incluye en este estudio.
Con el fin de establecer un conjunto de datos representativo de la producción de etanol en Colombia,
se recolectaron datos de cuatro de las cinco plantas de etanol (90% de muestra). El promedio se
33
calculó como un promedio ponderado para la mayoría de las entradas y salidas de materia y energía.
Los factores de ponderación se calculan con base en la producción anual real en 2009 para la fábrica
de azúcar y producción de etanol (ver Tabla 23).
Tabla 23: Promedio ponderado de las diferentes compañías productoras de etanol. (Fuente: CUE con base en entrevistas con expertos)
Producción anual
Unidad
E001
E002
E003
E004
Total
Etanol producido
ton/año
60.992
56.656
42.483
78.432
238.562
Etanol producido
Litro/día
232.775
216.228
152.870
299.336
938.926
%
25,6%
23,7%
17,8%
32,9%
100,0%
3.2.2 Descripción del sistema
En este estudio, el proceso de producción de etanol se divide en cuatro procesos:




Ingenio azucarero (incluye calderas y turbinas)
Planta de etanol (incluye la fermentación, destilación, deshidratación y concentración de
vinazas).
Planta de aguas residuales.
Compostaje.
En la Figura 15 se presenta una visión esquemática del proceso en cuestión y los flujos de materiales.
Escenario optimizado:
- Caldera y turbina eficientes
- No se alimenta carbon a la caldera
Fabrica de azúcar
Análisis de Sensibilidad (asignación)
La producción de etanol es un
proceso con múltiples salidas. Por lo
tanto las cargas ambientales son
asignadas a cada salida con base en
valores económicos . Como análisis
de sensibilidad también se considero
la asignación energética.
Electricidad vendida
bagazo
Caña de azúcar
Azúcar
EtOH plant
Miel B
hojas
Ceniza de
caldera
EtOH99.6%
Tratamiento del
agua
CO2 liq
Flemaza
Escenario Optimizado
:
CO2- liquido es recuperado y
vendido
.
cachaza
lodos
Vinaza
Compostaje
Campo
compost
NOTA :
No todas las compañias de
EtOH, usan compostaje
.
Figura 15: Visión esquemática de producción de etanol en Colombia. (Fuente: CUE)
34
A pesar de que los procesos de producción de azúcar y etanol son muy similares para las diferentes
empresas, difieren especialmente en el uso de subproductos. Las principales diferencias se presentan
en la Tabla 24. En este estudio, además de la modelación de la producción de etanol promedio en
Colombia, también se identifica el potencial de optimización, empleando un escenario "sistema
optimizado"7 . Para ambos escenarios se enumeran las suposiciones para las diferentes opciones de
tratamiento (se emplea principalmente el promedio, sin embargo para la modelación se considera el
uso del compostaje de los subproductos).
Tabla 24: Flujos másicos y tecnologías para las plantas de azúcar y etanol en Colombia. (Fuente: CUE con base en
entrevistas con expertos)
Producto/Proceso
Empresa # 1
Empresa # 2
Empresa # 3
Empresa # 4
Escenario
promedio
Escenario
optimizado”
Molino de azúcar
Azúcar
100% azúcar
(blanco
especial)
Lodo filtrado
Compostaje
19.6% azúcar
80.4% azúcar
refin.
Aplicación en
campo &
Compost
100% azúcar
refinada
100% azúcar
(blanco
especial)
Promedio
azúcar
refinada
Aplicación en
campo
Aplicación en
campo
Compost
Compost
Hojas & residuos
Compostaje
de planta de caña
Compostaje
Aplicación en
campo
Compostaje
Compostaje
Compostaje
Cenizas
Compostaje
Compost
Aplicación en
campo
Aplicación en
campo
Compostaje
Compostaje
Bagazo
Bagazo y
carbón
Bagazo y
carbón
Bagazo y
carbón
Promedio
Bagazo
Si
No
Si
Si
Promedio
Promedio
Melazas B
Melaza B
Melaza B
Melaza B %
jugo claro
Promedio
Promedio
CO2
Al aire & venta
Al aire
Al aire
Al aire
Promedio
(al aire &
venta)
Venta
Tratamiento de
vinaza
Evaporación:
Flubex
->Compost
Evaporación:
Flubex
->Compost
Evaporación:
Flubex
->Compost
Evaporación:
flujo
->Compost
Compostaje
Flemazas
TAR
(Lagunas)
TAR
(Lagunas)
Evaporación:
Flubex
->Campo de
aplicación
TAR
(Lagunas)
TAR
(Lagunas)
Tratamiento de
agua
Laguna
(Flemazas)
Ferti-irrigación
Laguna
(flemazas)
Ferti-irrigación
Laguna
(Flemazas)
Ferti-irrigación
TAR
(Lagunas)
Laguna
(Flemazas)
Fertiirrigación
Producción de etanol
Alimentación
caldera
Intercambio de
bagazo con la
industria
papelera
Materia prima
para etanol
7
Laguna
(Flemazas)
Ferti-irrigación
TAR
(Lagunas)
Laguna
(Flemazas)
Ferti-irrigación
Como se marca en la Figura 15Figura 15, el escenario de optimización considera una caldera y turbina eficiente y la venta de CO2 líquido.
35
El inventario de la fábrica de caña de azúcar promedio en Colombia se ha calculado en dos etapas. En
primer lugar se determinaron todas las entradas y salidas de la planta de azúcar y la planta de
etanol8, por cada 100 toneladas de caña de azúcar. Dado que el procesamiento de la caña de
azúcar es un proceso multi-salida, la participación del medio ambiente tiene que ser distribuida en las
salidas individuales (ver factores de asignación en el capítulo 3.2.7). En segundo lugar, se calculó
el impacto para 1 kg de etanol.
3.2.3 Ingenio de azúcar
En la Figura 16 se presenta un resumen esquemático del proceso, éste se describe con más detalle en
la Tabla 25.
Figura 16: Visión esquemática de producción de azúcar en Colombia (Cenicana 2004)
8
Los datos ICV para el proceso de etanol se presentan por kg de etanol con el objetivo de permitir una mejor interpretación de los valores
de inventario.
36
A continuación se realiza una breve descripción de las etapas del proceso en un ingenio azucarero.
Tabla 25: Descripción de los pasos en el proceso de azúcar en el ingenio. (Fuente: Cenicaña)
Proceso
Recepción y
preparación de caña
de azúcar
Fotografías
Descripción
La caña que llega del campo es pesada en básculas y es conducida a
los patios donde, empleando un sistema de grúas, se almacena en
vagones o canastas y luego se dispone directamente en las mesas
para dirigirla al conductor que alimenta los equipos de preparación.
La caña se conduce por un sistema de bandas transportadoras hacia
las picadoras y/o desfibradoras, que son máquinas accionadas bien
sea por turbinas de vapor o por electricidad, provistas de cuchillas que
giran a gran velocidad, bajo las cuales se hace pasar el colchón de
caña, que se fracciona abriendo las celdas para facilitar la extracción
del jugo que contiene.
La caña preparada llega al tándem de molienda constituido por seis
Preparación y
molinos de tres o cuatro mazas cada uno. Dichas mazas son rodillos
molienda
metálicos entre los cuales se hace pasar el colchón de caña preparada
y mediante presión se extrae el jugo, que contiene la sacarosa, y se
envía al proceso de elaboración de azúcar. Los molinos pueden ser
accionados por turbinas de vapor o eléctricamente
En el recorrido de la caña por el molino, se le agrega agua para
insaturar los jugos y lograr extraerle la sacarosa que contiene el
material fibroso que pasa a través de todas las unidades que
componen dicho molino.
El bagazo que sale de la última unidad de molienda se conduce a las
calderas para que sirva como combustible y produzca el vapor de alta
presión que se emplea en las turbinas de molinos y de los equipos de
Generación de
vapor
preparación para lograr su movimiento y en los turbogeneradores
para producir la energía eléctrica requerida por el Ingenio y la energía
que se vende a la red pública. El vapor de escape de las turbinas se
emplea en las operaciones de evaporación y cocimiento de los jugos
azucarados.
El jugo que se extrae de los molinos se pesa en básculas.
Posteriormente se sulfita, se adiciona cal para la precipitación de las
Calentamiento y
impurezas y se calienta con vapores vegetales en intercambiadores de
clarificación del
tubo y coraza, hasta una temperatura de 102-105 ºC. El jugo
jugo
alcalizado caliente pasa por un tanque flash, donde se liberan gases
incondensables.
Inmediatamente
el
jugo
se
alimenta
a
los
clarificadores, donde los sólidos insolubles floculados se separan del
37
Proceso
Fotografías
Descripción
jugo, sedimentándose por gravedad en forma de lodo.
Los lodos se someten a un proceso de recuperación de sacarosa por
Filtración
filtración. El jugo resultante llamado jugo filtrado se devuelve al
proceso y se mezcla con el jugo que sale de los molinos.
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de
sólidos de 15º brix, se concentra por evaporación de múltiple efecto y
se entrega con 60º - 70ºbrix. Este jugo concentrado se denomina
Evaporación
meladura. La estación de evaporación la constituyen entre cuatro y
seis efectos donde el jugo va aumentando su concentración de
sacarosa a medida que avanza en el proceso; los últimos efectos
funcionan bajo vacío. La meladura obtenida en los evaporadores es
posteriormente clarificada en clarificadores de meladura.
La sacarosa contenida en la meladura se cristaliza llevándola hasta el
nivel de sobresaturación por evaporación al vacio en evaporadores de
simple efecto (tachos). El material resultante que contiene líquido
(miel) y cristales (azúcar) se denomina masa cocida.
Los cristales se separan de la miel en centrífugas. Durante el proceso
Cristalización y
centrifugación
de centrifugado, el azúcar se lava con agua caliente o vapor para
eliminar la película de miel que recubre los cristales y se descarga
para conducirla a las secadoras.
Al cabo de tres cristalizaciones sucesivas se obtiene una miel agotada
o miel C, que se vende para alimentación animal; para aquellos
ingenios con planta de etanol, solo se hacen dos cristalizaciones, y la
miel obtenida (miel B) se envía hacia las destilerías como materia
prima para la producción de alcohol carburante.
Durante el secado se le retira la humedad al azúcar utilizando aire
Secado
caliente, con el fin de obtener un producto que cumpla con los
estándares de calidad exigidos, luego de lo cual el azúcar es
envasado.
Para la producción de azúcar refinado se parte del azúcar crudo, el
cual es fundido en agua formando un jarabe, el cual es filtrado en
filtros DSM para retirarle los sólidos insolubles. Posteriormente es
Refinería de azúcar
sometido a un proceso de clarificación para luego someterlo a una
decoloración a través de lechos de carbón activado. El jarabe
clarificado y
decolorado pasa
nuevamente por
procesos
de
cristalización, centrifugación y secado, donde se obtiene al final el
azúcar refinado
38
Proceso
Transporte desde el
Fotografías
Descripción
El transporte de miel la B se realiza por tuberías entre el ingenio y la
ingenio de azúcar a
planta de etanol
la planta de etanol
3.2.3.1 Entrada de material y energía
Las sustancias utilizadas y la energía requerida por cada 100 toneladas de caña de azúcar se enumeran
a continuación. Todos los valores se presentan en peso húmedo y se presenta la desviación estándar
(SD).
Tabla 26: Material y consumo de energía de la fábrica de azúcar por cada 100 toneladas de caña (Fuente: CUE con
base en las visitas de campo)
Proceso
Entrada
Unidad
Escenario:
"Promedio" y
“Optimizado”
SD
ton
100,00
-
ton
ton
0,08
1,18E-03
0,01
9,14E-04
Ingenio de
azúcar
Calefacción
Clarificación
Caña de
azúcar
Calcio
Floculante
Sulfitación
Sulfato
ton
0,01
0,00
Caldera y
lavado
Agua
ton
57,55
50,75
Lavado
NaOH
ton
0,02
0,01
Molienda
Evaporación
Biocidas
Tensoactivos
Electricidad
autogenerada
Red de
Electricidad
Vapor
ton
ton
1,64E-04
7,22E-05
1,11E-04
1,21E-04
kWh
3.003
699
KWh
257
120
ton
53,49
9,89
-
Nombre Ecoinvent
Caliza, molida, suelta, en planta/CH U
Químicos orgánicos, en planta/GLO S
Dióxido de azufre, líquido, en
planta/RER U
Agua del grifo, usuario/RER U
Hidróxido de sodio, 50% en H2O, mix
de producción, en planta/RER U
Cloruro de benceno, en planta/RER U
Cloruro de amonio, en planta/GLO U
Electricidad, voltaje medio, producción
de CO, a la red
-
Debido a que sólo se consideró la optimización del proceso de cogeneración, la entrada de materia y
energía al proceso no se ve afectada, razón por la cual los escenarios “promedio” y “optimizado”
presentan los mismos valores.
3.2.3.2 Generación de energía y consumo
En general, los ingenios azucareros son auto abastecedores de energía, lo que significa que la energía
contenida en el bagazo es suficiente para satisfacer los requerimientos de energía de proceso en
términos de vapor y electricidad. Cierta cantidad de electricidad se vende en el mercado.
39
Debido a razones económicas, la industria de la caña de azúcar en el Valle Geográfico del Río
Cauca intercambia una cierta cantidad de bagazo de caña por carbón con la industria del papel. Esta
cantidad intercambiada se basa en el contenido de energía. Por lo tanto, la mayoría de las calderas de
los ingenios azucareros emplean como combustible mezclas de bagazo de caña y carbón. La
composición y el poder calorífico del bagazo y el carbón se basa en datos de (UPME 2003) y se
presentan en la Tabla 27.
Tabla 27: Propiedades del bagazo y de carbón. (Fuente: UPME 2003)
Parámetro
Poder calorífico inferior
Humedad
C
H
S
O
Ceniza
Unidad
MJ/kg
%
%
%
%
%
%
Bagazo
9
42 a 52
46
16
0
38
2
Carbón
26,91
7,9
66,99
3
1
8
12
El vapor de alta presión de la caldera se utiliza en turbinas de vapor para producir electricidad,
mientras que el vapor de baja presión se utiliza para el proceso. En la Figura 17, se presenta un
esquema general sobre el sistema de co-generación de los ingenios azucareros.
Figura 17: Presentación esquemática sobre el sistema de co-generación de los ingenios azucareros. (Fuente: Cenicaña)
40
En la Tabla 28 se resumen las entradas, salidas y eficiencia de la cogeneración en las diferentes
empresas por cada 100 toneladas de caña de azúcar procesada.
Tabla 28: Resumen de los procesos de cogeneración de las diferentes compañías por 100 ton de caña de azúcar
procesada. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo).
Parámetro
Unidad
Promedio
SD
Optimizado
25
1
55
453
987
478
344
83%
66%
148.605
22.443
171.048
53,49
0,07
53,57
0,18
0,25
4
0
8
116
343
64
193
5%
1%
25.224
7.020
26.245
9,89
0,01
9,88
0,06
0,04
25
0
43
400
970
510
400
0%
66%
148.605
0
148.605
53,49
0,07
53,57
0,00
0,25
54
15
8%
5%
3.003
257
415
3.675
10
4
2%
1%
699
376
156
1.072
54
15
9%
6%
3.003
115
415
3.533
Caldera
Entrada
Bagazo
Carbón
Agua
Molino
Caldera
Tecnología
Capacidad
Eficiencia
Bagazo
Carbón
Total
Vapor molino
Salida
Vapor EtOH
Vapor total
Ceniza - carbón
Ceniza - bagazo
Turbina - electricidad
Ingreso
Vapor total
Tasa de vapor
Tecnología
Eficiencia
Eficiencia
Electricidad molino
Electricidad Vendida
Salida
Electricidad etanol
Total
ton/100ton caña
ton/100ton caña
ton/100ton caña
TCH
psig
°C
Lb vapor/h
Carbón
Bagazo
MJ/100 ton caña
MJ/100 ton caña
MJ/100 ton caña
ton vapor/100 ton caña
ton/100ton caña
ton/100ton caña
kg vapor/kWh
kWh el./kWh térmico
kWh el./kWh materiales de entrada
kWh/100 ton caña
kWh/100 ton caña
kWh/100 ton caña
kWh/100 ton caña
La pérdida de energía en la caldera es de aproximadamente 33% y se producen 2,2 toneladas de vapor
por tonelada de bagazo. Así, por cada 100 toneladas de caña, se producen 53,6 toneladas de vapor de
agua, que cumple con el valor proporcionado por Cenicaña de 45 a 68 toneladas por cada 100
toneladas de caña de azúcar (Castillo 2009). El vapor de baja presión se utiliza principalmente en el
proceso de evaporación (37 - 50%) (Castillo 2009). El contenido de cenizas se calcula como el 2% para
el bagazo (peso seco) y 19% para el carbón.
En promedio el 5% de la energía contenida en el vapor se convierte en electricidad (11,8% en el
sistema optimizado). En general un 5% de la energía contenida en el bagazo y el carbón se convierte
en electricidad (6% en el sistema optimizado) y el calor residual se utiliza en el procesamiento. Por
cada 100 toneladas de caña de azúcar se producen 3.675 kWh de electricidad, lo cual se encuentra en
41
el extremo más alto de los valores proporcionados por Cenicaña: 2200 a 3600 kWh por cada 100
toneladas de caña de azúcar (Castillo 2009). La producción de caña de azúcar en Brasil muestra
un consumo de energía de 2900 kWh por cada 100 toneladas de caña de azúcar (Jungbluth, Dinkel et
al. 2007).
Para la combustión del carbón, se tomó el proceso de Ecoinvent “calor, en horno industrial de carbón
1-10MW” como una aproximación a la eficiencia corregida del 83%.
3.2.3.3 Infraestructura
La infraestructura está basada en el proceso de Ecoinvent “Refinería de azúcar/p/GLO/I”. La capacidad
de producción de la planta es de 1650 kt de caña de azúcar y tiene un tiempo de vida útil de 50 años.
La infraestructura de la caldera fue adaptada del conjunto de datos “astillas de madera, en
cogeneración 64000 kWth, madera”, de acuerdo al contenido actual de agua, carbono y energía del
combustible (bagazo y carbón).
Tabla 29: Infraestructura del ingenio de azúcar, horno y turbina por 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE
con base en las visitas de campo)
Infraestr
uctura
Molino
de azúcar
Vida útil
(años)
Capacidad
Unidad
Valor
Unidad
Nombre Ecoinvent
50
1.650
kt/año
1,63E-08
p/100t de caña
Refinería de azúcar/GLO
Caldera
20
6.400
kWth
7,63E-05
p/100t de caña
Caldera &
Turbina
20
6.400
kWth
1,73E-04
p/100t de caña
Turbina
20
6.400
kWth
1,73E-04
p/100t de caña
Unidad de cogeneración
6400kWth, quema de leña,
construcción
6400kWth, quema de leña,
componentes comunes para
calor-electricidad
6400kWth, leña, componentes
para electricidad solamente
3.2.3.4 Transporte
Las distancias de transporte están expresadas como la cantidad de toneladas transportadas sobre una
cierta distancia (en km) por un vehículo determinado, medido en ton - km.
El transporte de la caña de azúcar a la empresa es en promedio de 23,27 kilómetros. Para las entradas
restantes, fueron asumidas las distancias estándar que están enunciadas en la Tabla 30. En general,
cerca de 2.405 ton - km9 son transportadas por camión con el objetivo de transportar los materiales de
entrada hacia la refinería de azúcar.
9
1 ton - km = 1 tonelada transportada por 1 kilómetro
42
Tabla 30: Distancias de transporte por cada 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas
de campo)
Nombre
Caña de azúcar
Cal
Floculante
Ácido sulfúrico
Azufre
Agua
NaOH, Hidróxido de sodio
Biocidas
Surfactante
Carbón
Total
Transporte en camión >28t (km) Cantidad (ton por 100 ton caña)
23,27
100,00
493,7
0,08
33,3
0,00
184,7
448,3
0,01
0,0
57,55
30,0
0,02
620,0
0,00
620,0
0,00
24,0
1,40
2.405,6 ton - km
3.2.3.5 Productos y sub-productos del ingenio
Las salidas de la planta de azúcar se enumeran a continuación (por cada 100 toneladas de caña de
azúcar). Los principales residuos agrícolas se utilizan para el compostaje o para aplicación directa en la
tierra.
Tabla 31: Productos y los desechos de la planta de azúcar por la caña de azúcar de 100 toneladas.
SALIDA
Miel B
Jugo claro
Azúcar blanca
Azúcar refinada
Lodo filtrado
Bagazo a la caldera
Bagazo para papel
Desecho de caña al piso
Hoja de caña de azúcar
Vapor
Unid
ton
ton
ton
ton
ton
ton
ton
ton
ton
ton
Escenario: ”Promedio” & “Optimizado”
6,3E+00
1,0E+00
4,5E+00
4,8E+00
4,2E+00
2,5E+01
5,4E+00
1,3E-01
5,8E-01
6,0E+01
SD
4,4E-01
2,8E+00
4,4E+00
1,5E+00
4,1E-01
4,1E+00
3,7E+00
4,2E+01
Destino
Para planta EtOH
Para planta EtOH
Para el mercado
Para el mercado
Para compostaje
Para caldera
Para industria papel
Para compostaje
Para compostaje
Para el aire
La producción de azúcar es en promedio 9,3 toneladas por 100 toneladas de caña de azúcar, mientras
que Ecoinvent reporta 12 toneladas de azúcar por 100 toneladas de caña en Brasil. Sin embargo, si el
azúcar usado para el etanol se contabiliza como producción de azúcar, sería también de 12 toneladas
por 100 toneladas de caña de azúcar en el Valle Geográfico del Río Cauca (Asocaña 2011).
La producción reportada de bagazo en Brasil es de 25 toneladas (Gunkel, Kosmol et al. 2007) por cada
100 toneladas de caña de azúcar. El rango de valores suministrados por Cenicaña es de 24 a 35
toneladas (Castillo 2009) y por tanto el valor promedio utilizado en este estudio, de 28,6 toneladas, es
coherente.
43
3.2.3.6 Emisiones a la atmósfera
Las emisiones de la quema de bagazo en las calderas fueron consideradas basadas en el conjunto de
datos de Ecoinvent "astillas de madera, quemadas en cogeneración 6400 kWht, control de emisiones”.
El inventario se adaptó de acuerdo a las siguientes reglas:

Todas las entradas de la tecnosfera se consideran proporcionales a la entrada de materia seca;

Las emisiones de hidrocarburos son proporcionales a la entrada de carbono.

Las emisiones de calor residual son proporcionales a la energía de entrada.

Todas las demás emisiones son proporcionales a la entrada de materia seca.
Además, los valores específicos para la quema de bagazo para NOx y PAHs fueron tomados del
informe AP42 (EPA 1996).
Tabla 32: Emisiones relacionadas con la combustión de 1 kg de bagazo y por cada 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo)
Sustancia
Residuos, calor
Dióxido de Carbón, biogénico
Óxido de nitrógeno
Partículas, < 2.5 m
Monóxido de carbono biogénico
Metano, biogénico
NMVOC, distintos compuestos de metano de
orgánicos volátiles, origen no especificado
Dióxido de azufre
Monóxido de di-nitrógeno
Acetaldehído
Hidrocarburos alifáticos a alcanos, sin especificar
Hidrocarburos alifáticos, insaturados
Arsénico
Benzo(a)pireno
Benceno
Bromo
Calcio
Cadmio
Cloro
Cromo
Cromo VI
Cobre
Dioxinas, medida como,3,7,8-tetraclorodibenzo-pdioxina
Etil Benceno
Flúor
Formaldehido
Hexacloro Benceno
Unidad
Cantidad por
100ton
Cantidad por kg
bagazo
MJ
kg
kg
kg
kg
kg
1,0E+06
1,2E+05
4,9E+03
2,5E+03
3,9E+02
2,4E+01
5,8E+00
7,1E-01
2,0E-04
1,0E-04
1,6E-05
9,8E-07
kg
3,4E+01
1,4E-06
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
1,4E+02
1,3E+02
3,4E+00
5,1E+01
1,7E+02
5,6E-02
2,8E-02
5,1E+01
3,3E+00
3,3E+02
3,9E-02
1,0E+01
2,2E-01
2,2E-03
1,2E+00
5,6E-06
5,2E-06
1,4E-07
2,1E-06
7,0E-06
2,3E-09
1,1E-09
2,1E-06
1,4E-07
1,3E-05
1,6E-09
4,1E-07
8,9E-09
9,0E-11
5,0E-08
kg
1,7E-06
7,0E-14
kg
kg
kg
kg
1,7E+00
2,8E+00
7,2E+00
4,0E-07
6,8E-08
1,1E-07
2,9E-07
1,6E-14
44
Sustancia
Unidad
Cantidad por
100ton
Cantidad por kg
bagazo
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
1,7E-02
1,3E+03
2,0E+01
9,5E+00
7,2E+01
9,7E+01
3,3E-01
1,7E+01
6,1E-01
1,4E+00
4,5E-04
1,7E+01
6,7E+00
1,7E+01
6,8E-10
5,3E-05
8,1E-07
3,9E-07
2,9E-06
3,9E-06
1,4E-08
6,8E-07
2,5E-08
5,6E-08
1,8E-11
6,8E-07
2,7E-07
6,8E-07
Mercurio
Potasio
Magnesio
Manganeso
Sodio
Amonio
Níquel
Fósforo
PAH, hidrocarburo aromáticos poli cíclicos
Plomo
Pentacloro Fenol
Tolueno
m-Xileno
Zinc
3.2.3.7 Disposición de residuos
Los residuos generados en la fábrica de azúcar se muestran en la Tabla 33.
Tabla 33: Residuos de caña de azúcar por cada 100 toneladas. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo)
Residuos
Chatarra
Escenario:
Unid "Promedio" &
“Optimizado”
SD
ton
6,3E-03
4,3E-03
ton
3,8E-03
-
ton
5,2E-04
-
ton
3,2E-04
-
Papel
ton
2,3E-04
-
Embalaje
ton
1,8E-03
Residuo
ordinario
Aceite
usado
Desechos
peligrosos
2,1E-03
Nombre Ecoinvent
Reciclaje de acero y hierro/RER U, Chatarra en la
planta/RER U
Eliminación de residuos sólidos urbanos, 22,9% agua, a
incineración municipal /CH U
Eliminación, aceite mineral utilizado, 10% agua,
incineración de residuos peligrosos /CH U
Eliminación, residuos peligrosos, 25% agua, a la
incineración de residuos peligrosos/CH U
Disposición de envases de papel, 13,7% agua a relleno
sanitario/CH U
Disposición de envases de papel, 13,7% agua, al relleno
sanitario /CH U
3.2.4 Producción de etanol
3.2.4.1 Introducción
En la Figura 18, se presenta un resumen esquemático del proceso en una planta de etanol en
Colombia. Los principales procesos son fermentación microbiana, destilación y deshidratación, los
cuales se describen con más detalles en la Tabla 34.
45
Figura 18: Resumen esquemático de la producción de etanol de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas
de campo)
Tabla 34: Descripción del proceso de etanol (fuente: CUE)
Proceso
1. Materia prima
Imagen
Descripción
Las
materias
primas para
la
producción
de alcohol son: jugo
clarificado, miel B y Melaza, todos de la refinería de azúcar.
Las materias primas para la producción de alcohol son: jugo clarificado,
meladura y miel B provenientes de la fábrica de azúcar. La fermentación
para producir etanol, es un proceso microbiológico en el cual los
azúcares contenidos en las materias primas, son convertidos por la
2. Fermentación
levadura en etanol y gas carbónico.
El mosto fermentado o vino que sale del fermentador final, contiene
alcohol diluido en agua y levadura; éste es llevado a un tanque
sedimentador donde la levadura se decanta, sale por el fondo y se envía
al tanque de activación de levadura, mientras el líquido conocido como
vino es enviado al proceso de destilación
46
Proceso
Imagen
Descripción
El vino contiene alcohol diluido en agua y otras impurezas que deben
ser separadas del alcohol por medio del proceso de destilación. Este
proceso aprovecha que la temperatura de ebullición del etanol es menor
que la del agua, lo cual permite separar primero los vapores de alcohol
que salen por la parte superior de la columna mostera, mientras que por
3. Destilación
el fondo sale vinaza, residuo compuesto por agua e impurezas.
Los
vapores
obtenidos
en
la
primera
columna
contienen
aproximadamente 45% de alcohol y son enviados a la columna
rectificadora, de la cual, por la parte superior, se obtiene alcohol
rectificado que contiene 95% de etanol. Por el fondo, sale agua con
algunas trazas de alcohol, residuo conocido como flemaza.
El alcohol rectificado en la destilación contiene 95% v/v de etanol y 5%
v/v de agua. Para que este alcohol pueda ser usado como combustible,
es necesario retirarle más agua; esto se hace utilizando un tamiz
4. Deshidratación
molecular, que por medio de una resina sintética retiene el agua
contenida en el alcohol rectificado, para obtener como producto alcohol
deshidratado con una concentración de 99.5% de etanol y una cantidad
mínima de agua, cumpliendo con las especificaciones establecidas para
su uso como alcohol grado combustible o alcohol carburante.
Una parte de la vinaza que sale de la columna mostera es reutilizada en
5. Concentración
de Vinaza
el proceso de fermentación y el resto se conduce a los evaporadores
flubex, en los que se retira agua en forma de vapor para concentrar la
vinaza, con el fin de reducir la cantidad y facilitar su posterior
tratamiento.
6.
Finalmente el producto es enviado a la zona de almacenamiento, que
Almacenamiento
permite almacenar 20 días de producción para suplir los requerimientos
y despacho
del mercado.
La planta de compostaje industrial procesa los residuos orgánicos
generados en la producción de azúcar y etanol, tales como: cachaza,
7. Compostaje
ceniza, residuos agrícolas y vinaza concentrada y los transforma en un
producto estable e higienizado aplicable en la agricultura como abono
orgánico o como mejorador del suelo.
8. Tratamiento
La planta de tratamiento de aguas residuales de la destilería recibe las
de aguas
flemazas y condensados de la concentración de vinaza.
47
3.2.4.2 Materias primas y energía de entrada
En la Tabla 35 se enumeran los principales insumos para el proceso de etanol por kg de
etanol producido.
Tabla 35: Materias primas y energía empleada en el proceso de etanol (por kg de etanol 99,6%). (Fuente: CUE con
Procesos
Entrada
Fermentación
Melaza B
Fermentación
Jugo claro
Propagación de
Fermentación.
H2SO4
Limpieza
NHO3
Fermentación
(con
contaminación)
Unidad
kg/kg
EtOH
kg/kg
EtOH
kg/kg
EtOH
kg/kg
EtOH
Escenario:
“Promedio”
SD
Escenario:
“Optimizado”
3,3E+00
2,1E-01
3,3E+00
5,3E-01
5,3E-01
1,8E-02
5,5E-03
1,8E-02
1,1E-03
9,4E-04
1,1E-03
Antibióticos
general
kg/kg
EtOH
2,7E-05
2,3E-05
2,7E-05
Fermentación
Antiespumante
kg/kg
EtOH
8,2E-04
1,2E-03
8,2E-04
Fermentación
Ácido fosfórico
kg/kg
EtOH
1,8E-04
2,5E-04
1,8E-04
Agua de
refrigeración
kg/kg
EtOH
1,3E+00
2,8E+00
1,3E+00
Limpieza
NaOH
kg/kg
EtOH
8,5E-03
4,9E-03
8,5E-03
Nutriente
Urea
kg/kg
EtOH
1,8E-03
1,9E-03
1,8E-03
Fosfato diamónico
kg/kg
EtOH
2,0E-04
1,9E-04
2,0E-04
Antibióticos
Lacostab
kg/kg
EtOH
4,9E-05
9,5E-05
4,9E-05
Nutri-Plex Plus
kg/kg
EtOH
7,3E-06
1,4E-05
7,3E-06
Cogeneración
Nalco Pulv
kg/kg
EtOH
1,8E-06
2,7E-06
1,8E-06
Fermentación
Matabisulfito
2,4E-06
3,7E-06
2,4E-06
Fermentación
Bioclean 5980
8,1E-03
1,2E-02
8,1E-03
Destilación
Fermentación y
propagación
Fermentación
(con
contaminación)
Fermentación y
propagación
kg/kg
EtOH
kg/kg
EtOH
Nombre de Ecoinvent
Miel B, refinería de azúcar/CO
U
Jugo claro, refinería de azúcar
/CO U
Ácido Sulfúrico, líquido,
Planta/RER U
Ácido nítrico 50% en H2O,
planta/RER U
Químicos orgánicos,
planta/GLO U
planta/GLO U
Acido fosfórico, grado
industrial, 85% en H2O,
planta/RER U
Agua del grifo, usuario/RER U
Hidróxido de sodio 50% en
H2O,mezcla de producción,
planta/RER U
Urea con nitrato de amonio,
como N, almacén regional
/RER U
Fosfato di amónico, como N,
almacén regional/RER U
Fosfato Di amónico , como
P2O5, almacén regional/RER S
planta/GLO U
planta/GLO U
Sulfato de sodio de
producción de Viscosa,
planta/GLO S
planta/GLO U
planta/GLO U
48
Procesos
Entrada
Limpieza
Unidad
Hipoclorito
Nalco 3DT
Cogeneración
Masthone
Nalco Action
Fermentación
Escenario:
“Promedio”
SD
Escenario:
“Optimizado”
4,8E-04
7,3E-04
4,8E-04
1,2E-05
1,8E-05
1,2E-05
2,8E-06
4,2E-06
2,8E-06
2,4E-05
3,6E-05
2,4E-05
3,9E+00
2,4E-01
3,9E+00
2,1E-01
8,2E-02
2,1E-01
2,2E-02
6,3E-02
2,2E-02
kg/kg
EtOH
kg/kg
EtOH
kg/kg
EtOH
kg/kg
EtOH
kg/kg
EtOH
Electricidad
kWh/kg
autogenerada
EtOH
Electricidad de la kWh/kg
red
EtOH
Vapor
Nombre de Ecoinvent
Almacén regional, 15% en
H2O, planta/RER U
Sulfato de sodio desde
producción, planta/GLO S
planta/GLO U
Sulfato de sodio desde
producción de Viscosa
,planta/GLO S
Electricidad, refinería de
azúcar/CO U
Electricidad, voltaje medio,
producción CO, red/CO U
Para la infraestructura, la planta de etanol se toma en Ecoinvent como "planta de fermentación de
etanol / p / CH / I" (ecoinvent centre 2009). La planta de Ecoinvent tiene una vida útil de 20 años y
produce 90.000 toneladas de etanol por año. Por kg de etanol producido, se requieren el equivalente a
5,5 E-10 plantas.
3.2.4.4 Transporte
Las distancias exactas para el transporte de la mayoría de las sustancias y los equipos utilizados para el
procesamiento no se conocen. Sin embargo, de acuerdo a la ubicación aproximada de producción de
los productos, se estiman las distancias y los vehículos. El transporte total se calculó en ton.kilómetro
por kg EtOH, basado en la cantidad de transporte multiplicado por la distancia.
Tabla 36: Distancias de transporte para la producción de etanol. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo)
Producto
Melaza B
Jugo claro
H2SO4
NHO3
Antibióticos en general
Antiespumante
Ácido fosfórico
NaOH
Urea
Fosfato de Di amonio
Distancia de transporte,
Camión>28t (km)
8,5E+01
1,1E+03
1,2E+03
1,2E+03
1,2E+03
2,5E+02
2,5E+01
2,5E+01
Buque de carga (km)
Cantidad (kg por kg
EtOH)
9,0E+03
9,0E+03
9,0E+03
3,3E+00
5,2E-01
1,7E-02
1,1E-03
2,7E-05
8,0E-04
1,8E-04
8,3E-03
8,3E-04
3,4E-05
49
Camión>28t (km)
Producto
Antibióticos Lacostab
Gasolina desnaturalizada
Nalco Pulv
Metabisulfito
Bioclean 5980
Hipoclorito
Nalco 3DT
Matabisulfito
Nalco Action
Total [Ton.kilómetro]
Buque de carga (km)
4,0E+01
4,0E+01
4,0E+01
4,0E+01
4,0E+01
4,0E+01
4,0E+01
1,2E+03
4,0E+01
6,26E-03
Cantidad (kg por kg
EtOH)
4,8E-05
7,2E-06
1,7E-06
2,4E-06
7,9E-03
4,7E-04
1,1E-05
2,7E-06
2,3E-05
-
1,5E+04
9,06E-03
3.2.4.5 Productos y sub-productos
Los resultados del proceso de fermentación, destilación y deshidratación están enumerados en la
Tabla 37 .
Tabla 37: Productos, co-productos y residuos del proceso de etanol. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo)
Salida
Etanol 99,6%
CO2 al ambiente
CO2 liquido
Vinaza 32.5
Vinaza 35
Vinaza 55
Fusel
Unidad
kg/kg EtOH
kg/kg EtOH
kg/kg EtOH
kg/kg EtOH
kg/kg EtOH
kg/kg EtOH
kg/kg EtOH
Promedio
1.0E+00
9.5E-01
1.6E-02
7.8E-01
1.6E+00
2.4E-01
2.0E-03
SD
0.0E+00
3.7E-02
2.4E-02
8.5E-01
3.8E-04
Optimizado
1,0E+00
9,5E-01
1,6E-02
7,8E-01
1,6E+00
2,4E-01
2,0E-03
Destino
Al mercado
A la atmósfera
Al mercado
Compost
Compost
Fertilización
Mezclado con EtOH
Flemazas a PTAR
kg/kg EtOH
3.9E+00
1.3E+00
3,9E+00
Tratamiento de aguas
El alcohol fusel es un alcohol de orden superior y está constituido de 1-propanol, isopropanol, nbutanol, isobutanol, alcohol amílico y furfural. En la mayoría de los casos el fusel se vende para
pinturas o mezclado con etanol.
3.2.5 Tratamiento de aguas
Las vinazas y las flemazas tienen un alto contenido de materia orgánica y por lo tanto alta
demanda biológica de oxígeno (DBO). Si las sustancias se añaden al agua superficial, se reduce
rápidamente el contenido de oxígeno disuelto en el agua. La reducción de oxígeno disuelto puede
llegar a un punto en el cual los organismos aeróbicos (desde bacterias aeróbicas hasta peces) no
pueden sobrevivir. Además, la vinaza también contiene altas concentraciones de potasio, que puede
acumularse a niveles tóxicos en el suelo. Con el fin de evitar este estrés al medio ambiente, se hace
necesario el tratamiento de los efluentes. Existen diferentes opciones para el tratamiento de los
vertidos (BRICEÑO 22 to 27 de julio de 2006). En Colombia, la vinaza se concentra de 10% hasta 32,5 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV – Impacto Ambiental
50
55% de sólidos en el Flubex, con el fin de reducir la cantidad de aguas residuales en un factor de 3 5. La vinaza concentrada se utiliza para la producción de abono (ver Sección 3.2.6).
Sin embargo, los condensados de evaporación, así como el agua gastada tienen que ser tratadas en la
planta de tratamiento de aguas residuales. Generalmente el agua es tratada biológicamente
empleando un reactor anaeróbico y una laguna aeróbica.
Figura 19: Tratamiento de Aguas Residuales (TAR) de los efluentes de la planta de etanol. (Fuente: CUE, figuras de
www.praj.net, www.usba.org, www.isu.edu).
La digestión anaerobia se basa en el uso de diversos grupos de microorganismos que reducen los
compuestos orgánicos a dióxido de carbono y metano (biogás). El tratamiento anaeróbico tiene la
ventaja de tener una gran capacidad de degradar
sustancias concentradas y resistentes, para
producir bajas cantidades de lodo y con bajos requerimientos energéticos en comparación con el
tratamiento aeróbico. En Colombia se usa el reactor anaerobio tipo UASB. La tasa de carga máxima
para una operación estable es de 15 kg DQO / m3-dia con un tiempo de retención de 2,1 días. La
remoción de DQO promedio total de las aguas residuales de vinazas fue del 60%, en un reactor de una
sola etapa.
El biogás producido se quema, mientras que los efluentes de la UASB son tratados aeróbicamente,
mediante bacterias, con el fin de decolorar los colorantes principales, las melanoidinas y obtener una
mayor reducción de DQO y DBO.
Por último, se emplea una laguna de sedimentación para separar los lodos de las aguas tratadas. El
agua tratada fluye como agua superficial y el lodo se seca y se utiliza para el acondicionamiento del
suelo.
3.2.5.1 Balance de masa
En la Tabla 38 y Tabla 39 se presenta el flujo de agua residual y su composición. El flujo de agua se
tomó de los sitios de estudio, mientras que los datos de composición están basados en los datos
reportados en la literatura (Hampannavar and Shivayogimath 2010).
51
Tabla 38: Entrada de aguas residuales y la producción por 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base
en las visitas de campo)
Sustancia
Entrada
Flemazas
Condensados
total
Salida
Agua tratada
Lodo
Cantidad
Unidad
7,32E+00
6,88E+00
1,42E+01
ton/100 ton caña de azúcar
m3/100 ton caña de azúcar
1,27E+01
2,10E+00
m3/100 ton caña de azúcar
El flujo total de lodos en el sistema de lagunas (250 m3 / h) fue alrededor del 11% del agua de entrada
al ISLSU (Dilek, Yetis et al. 2003).
Tabla 39: Composición de las aguas residuales y aguas residuales tratadas por m3 (Fuente: CUE)
Sustancia
Unidad
Demanda química de oxígeno DQO como O2
Demanda Bioquímica de oxígeno y DBO5 como O2
Carbono orgánico disuelto COD como C
Carbono orgánico total COT como C
N
P
kg/m3
kg/m3
kg/m3
kg/m3
kg/m3
kg/m3
Entrada
(AR)
2.5000
0.7500
0.0458
0.0673
0.0275
0.0019
Salida (AR
tratada)
0.4844
0.07111
0.0075
0.0073
0.0203
0.0007
Remoción
Guía
81%
91%
84%
89%
26%
63%
0.25
0.05
0.01
0.002
El proceso se basa el proceso de Ecoinvent "tratamiento, aguas residuales, tratamiento de aguas
residuales, clase 2/m3/CH" y las emisiones de metano se adaptaron en función de la composición
del material de entrada y de salida.
Metano
El metano se captura en el reactor anaeróbico y se quema. Sin embargo, se asumió una pérdida del
15% de metano. Las emisiones de CH4 se calcularon utilizando el factor del IPCC de 0,21 t CH4 por
tonelada de DQO tratada.
Tabla 40: Emisiones de metano durante el tratamiento de aguas residuales. (Fuente: CUE con base en visitas de
campo).
Parámetro
DQO removida
Metano
CH4 emitido
Cantidad
2.86E+01
6.01E+00
9.02E-01
Unidad
kg/100 ton caña
kg CH4/100 ton caña
kg/100 ton caña
52
3.2.6 Compostaje
Aunque las vinazas son concentradas no pueden ser aplicadas al campo directamente, sin embargo se
pueden componer junto con otros residuos de la refinería de azúcar. Los residuos utilizados para el
compostaje son la
torta
de filtrado
(filtrado de
lodo), los residuos
de
caña producidos en
la
preparación de la caña de azúcar y la ceniza de la caldera.
El compostaje es un proceso biológico de degradación de la materia orgánica bajo condiciones
anaeróbicas y aeróbicas. El proceso tarda unos 45 a 60 días hasta que el material orgánico es
estabilizado y queda libre de patógenos, de esta manera puede ser llevado de vuelta al campo,
añadiendo nutrientes y minerales.
Pre-tratamiento de sólidos (5-10 días) Con el fin de reducir la humedad de los sólidos (torta de filtrado, la
ceniza y las hojas), se apilan y se mezclan con frecuencia usando un
torno especial
(máquina
Backhus,
http://www.backhus.com). La
homogeneidad es esencial para activar la descomposición biológica de la
materia orgánica. El proceso de descomposición se activa con una
concentración de oxígeno del 5%. La temperatura alcanza de 55 a 60 ºC.
Adición de vinaza (10-30 días)
En el segundo paso, la pila se mezcla con vinaza en función del
contenido de humedad de la pila. Por lo general, se aplica una proporción
de 1:1.5. La vinaza proveniente de los procesos de evaporación (Flubex) se
almacena en una laguna, desde donde se toma la cantidad deseada para
el compostaje.
Estabilización (30-45 días)
La relación óptima C-N es de 25:1 a 30:1. El carbono es empleado por los
microorganismos como fuente de energía para el crecimiento y el
nitrógeno para
la
reproducción
y la
síntesis
de
proteínas.
En el siguiente paso, y dependiendo de la humedad de la pila, se inicia la
adición vinaza, la cual se incorpora en la pila a través de la descarga diaria,
controlando la temperatura y humedad para alcanzar la proporción
requerida de la vinaza para producir un fertilizante orgánico de alta
calidad.
Después de la aplicación de la vinaza, la pila sufre un secado natural,
maduración, estabilización y eventualmente se lleva al área de empaque
donde se vende en paquetes de 40 kilos y a granel. Dependiendo de
la composición física y química se marca como Kompostar registro ICA
4574, Vycompost Registro ICA 6091 ó Nutri humicos Registro ICA 5496.
A continuación se toma la planta de compostaje de una empresa visitada para modelar el proceso:
53
Figura 20: Esquema general del proceso de compostaje (Fuente: CUE con base en visitas de campo).
3.2.6.1 Balance de masa
En la Tabla 41 se muestra la entrada de material para el compostaje para los escenarios "estándar"
y "optimizado" por cada 100 toneladas de caña de azúcar.
Tabla 41: Entrada de material para el compostaje por cada 100 ton de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en
visitas de campo)
Sustancia
Unidad
Escenario: “Promedio"
Escenario: “Optimizado“
ton/100 t caña
1.60
0.25
Entrada
Ceniza de caldera
Desechos de caña en el suelo
ton/100 t caña
0.13
0.13
Hoja de caña de azúcar
ton/100 t caña
0.58
0.58
Lodo (TAR)
ton/100 t caña
2.10
2.10
Filtrado de lodo
ton/100 t caña
4.17
4.17
Vinaza 35%
ton/100 t caña
2.36
2.36
Vinaza 55%
ton/100 t caña
0.24
0.24
6.13
4.36
Salida
Compost
ton/100 t caña
En la Tabla 42 y la Tabla 43, se muestra el balance de masa del compostaje. Los datos de composición
de los diferentes materiales de entrada se tomaron de la literatura, mientras que la composición del
compost se calculó con base en los principios de balance de masa.
54
Tabla 42: Balance de masa y compostaje por 100 ton de caña de azúcar (escenario promedio). (Fuente: CUE)
Peso seco – ps , Material Orgánico – MO
Sustancia Unidad
Entrada
Este
estudio Humedad Cantidad Agua
"estándar"
%
ton ps
ton
MO
C
N
P2O5
K2O
C/N
%
%
%
%
%
-
Ceniza
caldera
ton/
100 t
caña
1,60
5,00
1,52
0,08
-
-
-
0,87
1,67
-
Barredura
residuo de
caña
ton/
100 t
caña
0,13
50,00
0,07
0,07
74,00
41,00
0,15
0,12
-
273,33
0,58
50,00
0,29
0,29
74,00
41,00
0,15
0,12
-
273,33
2,10
63,00
0,78
1,32
-
31,60
4,17
10,34
-
-
4,17
80,00
0,83
3,33
80,00
44,40
1,50
1,80
0,30
29,60
2,36
65,00
0,83
1,53
86,85
52,20
0,58
0,07
5,52
90,14
0,24
45,00
0,13
0,11
86,85
52,20
0,58
0,07
5,52
90,14
11,17
60,24
4,44
6,73
26,15
18,73
0,76
1,63
1,20
30,89
6,13
27,50
4,44
1,69
26,15
18,73
0,76
1,63
1,20
30,89
5,05
100,00
-
5,05
0,00041
-
0,00019
0,00004
-
0,00004
Hojas de
caña
Lodos
(TAR)
Cachaza
Vinaza 35%
Vinaza 55%
Total
Entrada
ton/
100 t
caña
ton/
100 t
caña
ton/
100 t
caña
ton/
100 t
caña
ton/
100 t
caña
ton/
100 t
caña
Salida
Compost
Agua
evaporada
N2O
CH4
ton/
100 t
caña
ton/
100 t
caña
ton/
100 t
caña
ton/
100 t
caña
0,00041
Las emisiones de N2O se calculan con base en el nitrógeno de entrada, empleando un factor
de 1,225% (IPCC 2006 ). Las emisiones de metano se calculan con base en el factor del IPCC de 10 g
de CH4 por kg de materia seca (IPCC 2006 ).
55
Tabla 43: Balance de masa de compostaje por 100 toneladas de caña de azúcar, (escenario optimizado).
Sustancia
Entrada
Ceniza
caldera
Barredura
residuo de
caña
Unidad
Este
Material
estudio Humedad Cantidad Agua
orgánico
"estándar"
%
ton ps ton
%
C
N
P2O5 K2O
C/N
%
%
%
%
-
ton/100 t
caña
0,25
5,00
0,24
0,01
-
-
-
0,87
1,67
-
ton/100 t
caña
0,13
50,00
0,07
0,07
74,00
41,00
0,15
0,12
-
273,33
0,58
50,00
0,29
0,29
74,00
41,00
0,15
0,12
-
273,33
2,10
63,00
0,78
1,32
-
31,60
4,17
10,34
-
-
4,17
80,00
0,83
3,33
80,00
44,40
1,50
1,80
0,30
29,60
2,36
65,00
0,83
1,53
86,85
52,20
0,58
0,07
5,52
90,14
0,24
45,00
0,13
0,11
86,85
52,20
0,58
0,07
5,52
90,14
9,82
67,84
3,16
6,66
26,42
18,92
0,76
1,48 0,89 31,21
4,36
27,50
3,16
1,20
26,42
18,92
0,76
1,48
5,47
100,00
-
5,47
0,00030
-
0,00003
-
Hojas de
caña
ton/100 t
caña
ton/100 t
Lodos (TAR)
caña
ton/100 t
Cachaza
caña
ton/100 t
Vinaza 35%
caña
ton/100 t
Vinaza 55%
caña
Total
ton/100 t
Entrada
caña
Salida
Compost
Agua
evaporada
N2O
CH4
ton/100 t
caña
ton/100 t
caña
ton/100 t
caña
ton/100 t
caña
0,89
31,21
0,00030
0,00003
3.2.6.2 Transporte y Maquinaria
La vinaza se transporta por tuberías de las lagunas hasta la planta de compostaje (100 m). El
compost se mezcla mecánicamente con el fin de mantener la composición homogénea. Una
máquina Backhus10 se utiliza para manejar 60 toneladas por día de compost. Por tonelada de caña de
azúcar, se consumen 27 MJ de diesel.
10
http://www.backhus.com/uploads/tx_abdownloads/files/1_BACKHUS_17-series_EN-DE_01.pdf
56
La técnica más empleada para mezclar los lodos filtrados con la vinaza es el método de suelo
abierto. Por lo tanto, el conjunto de datos de Ecoinvent "planta de compostaje, abierta/ CH / IU" se
toma como una aproximación de la infraestructura.
3.2.6.4 Salida de materiales
El compostaje es aplicado en los campos de caña o en otras áreas agrícolas locales a una tasa
de aplicación recomendada de 9-15ton por hectárea.
3.2.7 Visión general del inventario y asignación
En seguida los flujos de materiales principales y valores energéticos, cuales determinan los factores de
asignación, están suministrados.
3.2.7.1 Flujo de masa de la cadena de valor del Etanol
Figura 21: Flujo de masa de producción de etanol por 100 ton de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo)
Con base en los datos de campo de este estudio, en Colombia se producen en promedio, cerca de
9,3 toneladas de azúcar y 2 toneladas de EtOH por cada 100 toneladas de caña de azúcar. El bagazo,
como subproducto, se utiliza principalmente para generar vapor y electricidad. La energía excedente
57
se vende a la red. Además, los subproductos orgánicos se utilizan para producir compost o son
tratados en la planta de aguas residuales.
Así, en Colombia no existen plantas de etanol puro ya que en todas las plantas también se produce
azúcar. En Brasil, se producen alrededor de 12 toneladas de azúcar por cada 100 toneladas de caña de
azúcar, mientras que la cantidad de EtOH es menor (0,9 toneladas) (Jungbluth, Dinkel et al. 2007). En
general, se extraen las mismas cantidades azúcares (12%) en Colombia y Brasil.
En Brasil, la cantidad de vinaza producida es generalmente más alta (9,3 ton por 100 ton de caña
de azúcar), ya que la vinaza es menos concentrada (15% de materia seca, en comparación con > 35%
en Colombia). Dependiendo de la concentración, la cantidad de vinaza producida es entre 0,8 a 3
litros de vinaza por litro de etanol (Asocaña 2011).
3.2.7.2 Factores de asignación
Con el objetivo de evaluar el impacto ambiental de cada salida individual, se deben asignar
correspondientemente los impactos ambientales totales de la cadena de valor de biocombustibles. El
principal método de asignación se basa en el valor económico de los productos. Sin embargo, se
aplica también el método de asignación energético para un análisis de sensibilidad.
Tabla 44: Factores de asignación de la producción de etanol (Escenario: “Promedio"). (Fuente: CUE)
Escenario: "Promedio"
Balance de masa
Asignación económica
Asignación energética
Cantidad
Unidad
COP/unidad
%AF
MJ/unidad
%AF
100,00
ton
-
22,3%
-
21,6%
4,50
ton
1.423
35,1%
16,50
31,5%
Entrada
Caña de azúcar
Salida
Azúcar especial
Azúcar refinada
4,79
ton
1.491
39,2%
16,50
33,5%
Etanol 99,6%
1,90
ton
2.137
22,3%
26,80
21,6%
Bio compostaje
6,13
ton
96
3,2%
5,00
13,0%
256,79
KWh
140
0,2%
3,60
0,4%
0,03
ton
80
0,0%
-
0,0%
Electricidad, vendida
CO2_líquido
Los factores de asignación de los escenarios optimizados no cambian, ya que la optimización principal
es evitar el uso de carbón en la caldera (sin afectar el factor de asignación). La captura de CO2 no tiene
un efecto energético ni económico significativo en el valor total ni en la producción de energía y por
lo tanto no afecta los factores de asignación.
58
Tabla 45: Factores de asignación de la producción de etanol (Escenario:"Optimizado"). (Fuente: CUE)
Escenario: "Optimizado"
Balance de masa
Cantidad
Unidad
COP/unidad
100,00
ton
-
Azúcar especial
4,50
ton
Azúcar refinada
4,79
Etanol 99.6%
Bio compost
Cantidad
Unidad
22,5%
-
22,5%
1.423
35,5%
16,50
32,8%
ton
1.491
39,6%
16,50
34,9%
1,90
ton
2.137
22,5%
26,80
22,5%
4,36
ton
96
2,3%
5,00
9,6%
114,51
kWh
140
0,1%
3,60
0,2%
0,09
ton
80
0,0%
-
0,0%
Entrada
Caña de azúcar
Salida
Electricidad, vendida
CO2_líquido
3.2.7.2.1 Valores económicos
Los precios son calculados en la puerta de la fábrica y no como precios de mercado. Además,
algunos precios son muy volátiles y por lo tanto se consideró el precio promedio de varios años (la
duración se especifica a continuación).
Además, no todos los productos pueden venderse en un mercado establecido, generándose
oportunidades de transacción. Sin embargo, el efecto no cambia significativamente los resultados, ya
que las principales salidas como el azúcar y el etanol tienen mercados bien establecidos (incluso éstos
son volátiles).
Tabla 46: Valores económicos de los productos de la refinería de azúcar y de la planta de etanol.
Producto
Valor
Unidad
Azúcar blanca
1.423
COP/kg
Azúcar refinada
1.491
COP/kg
Etanol 99,6%
2.137
COP/kg
Descripción
Precios promedio desde 2008 hasta
2010. Los precios se ponderaron de
acuerdo a los volúmenes y precios
del mercado nacional y de
exportación.
2010. Los precios se ponderaron de
acuerdo a los volúmenes y precios
del mercado nacional y de
exportación.
2010.11
Referencia
(Asocaña 2011)
(Asocaña 2011)
(Asocaña 2011)
11
Los precios de venta de etanol y gasolina al por mayor fueron tomados al principio del mes. Los precios de etanol están
basados en una fórmula que tiene en cuenta los costos de oportunidad de las materias primas y el precio del petróleo y la
gasolina. La exención de todos los impuestos estatales y regionales fue introducida desde 2002, dejando al etanol libre de:
(1)Impuesto global de la gasolina; (2) Impuesto a las ventas - IVA y (3) Sobretasa.
59
Producto
Valor
Unidad
Descripción
Biocompost
96
COP/kg
En 2010
Electricidad,
vendida
146
COP/kWh
En 2009
CO2 líquido
80
COP/kg
En 2009
Bagazo para
papel
47
COP/kg
En 2009
Referencia
Valor suministrado por
personal de empresas
(comunicación personal)
El precio para el azúcar local en Colombia está basado principalmente en precios internacionales de
azúcar ajustados al mercado local. La bolsa de comercio de Nueva York es la base para azúcar cruda y
el precio del mercado de azúcar de Londres es la base para azúcar blanca o refinada, a los cuales se
adiciona los costos de transporte (USDA 2009). Sin embargo, el mercado mundial de azúcar está
altamente distorsionado y para la mayoría de productores los costos de producción están excediendo
los precios de exportación ofertados en los mercados de exportación del mundo 12. Por lo tanto, el uso
de la caña de azúcar para la producción de etanol tiene una fuerte influencia en el mercado de
exportación (menos exportaciones) 13, mientras el suministro nacional no se ve directamente afectado.
En este estudio, los factores de asignación están basados en los precios promedio desde el año 2008
al 2010. Los precios de azúcar se determinan por precios ponderados (los precios nacionales y de
exportación ponderados de acuerdo a los volúmenes de ambos mercados). Los precios nacionales del
azúcar y etanol se basaron en los precios suministrados por Asocaña, los precios de exportaciones se
basaron en el precio promedio de exportación (Asocaña).
12
http://siteresources.worldbank.org/INTAFRICA/Resources/257994-1215457178567/Sugar_Profile.pdf
Un decrecimiento en la exportación de azúcar inducido por el uso de una parte del azúcar producido en Colombia para la
producción de etanol podría generar efectos indirectos en el uso del suelo en algún lugar. Ver sección 2.2.4.
13
60
Figura 22: Precios de azúcar refinado y blanco (ponderado según cantidad y precio del mercado local y de exportación) y el precio de etanol (Fuente: CUE con base en Asocaña y Precios del Merado de Azúcar de Londres).
La electricidad se vende en contratos de largo plazo con precio fijo e indexado a IPC. El CO 2 se vende
en contrato.
Los precios empleados en este estudio están basados en entrevistas con expertos. Sin embargo, dado
que las cantidades y precios son bajos, el factor de asignación no es sensible a los valores empleados
(el factor de asignación se determina principalmente por los precios del azúcar y del etanol).
3.2.7.2.2 Valores energéticos
Tabla 47: Valores energéticos de los productos de la refinería de azúcar y de la planta de etanol
Producto
Azúcar especial
Azúcar refinada
Valor
16.5
16.5
Unidad
MJ/kg
MJ/kg
El contenido energético estándar para etanol
99,6% se toma de Ecoinvent
Compostaje con un contenido de humedad
de 27.5 %
Referencia
Comunicación personal
con Cenicaña 2011
(Jungbluth, Dinkel et al.
2007)
Estimado con base en el
contenido de humedad
MJ/kWh
Factor de conversión
-
MJ/kg
-
-
Etanol 99.6%
26.8
MJ/kg
Biocompost
5
MJ/kg
Electricidad,
vendida
CO2 líquido
3.6
0
Descripción
3.3 Cultivo de la palma de aceite
3.3.1 Introducción
Los orígenes de la palma africana, conocida como Elaeis guineensis, se remontan hasta el Golfo de
Guinea en África Occidental (Fedepalma 2006; Corley and Tinker 2007). La Elaeis guineensis es un árbol
61
perenne con un tallo cilíndrico solitario con internodos cortos y puede crecer hasta 30 metros. Tiene
espinas cortas en el pecíolo de las hojas y en el racimo de frutas. Los frutos son soportados en un
racimo largo y compacto con un peso entre 10-40 kg. La pulpa de la fruta, que proporciona el aceite
de palma, rodea la nuez, cuya cáscara encierra la semilla de la palma (Corley and Tinker 2007).
Figura 23: Plantaciones de palma de aceite en Colombia (Fuente: CUE).
En la actualidad, la palma existe en estado silvestre, semi-silvestre y cultivado en tres áreas principales
de los trópicos ecuatoriales: África, Asia Sur-oriental y América del Sur y Central, con palma de aceite
de origen africano. En Colombia, la palma de aceite fue introducida en 1932, pero sólo hasta mediados
del siglo 20 el cultivo de la palma de aceite en Colombia comenzó a ser comercializado a lo largo de el
país, respaldado por políticas gubernamentales encaminadas a desarrollar las tierras agrícolas y a
abastecer a Colombia con aceite de palma producido localmente (Fedepalma 2006).
La superficie sembrada en el año 2008 se estima en 336.956 hectáreas, lo que representa un
incremento del 9,8% respecto al año anterior (306.878 ha). De la superficie total, sólo el 66% está en
producción, mientras que el resto de los cultivos están en desarrollo. Como se muestra en la Figura 24,
la mayor área de cultivos se encuentra en la zona oriental (121.135 ha), donde se localiza el 36% de la
superficie sembrada total. El 32% se encuentra en la Zona Norte (106.635 ha), el 26% en la zona
central (87.525 ha) y el 6% en la zona occidental (21.661 ha) (Fedepalma 2009).
62
Figura 24: Principales zonas de cultivo de palma de aceite en Colombia 2008 (Fedepalma 2009).
3.3.2 Selección de sitios de estudio
Para este proyecto y para establecer el estudio ACV, se escogieron las principales áreas de cultivo de
palma de aceite. En la Tabla 48 se presenta la distribución del área sembrada en hectáreas de palma
de aceite por zonas.
63
Tabla 48: distribución del área sembrada en palma de aceite por zonas (en hectáreas). (Fuente: Fedepalma 2010)
Del estudio se excluyó la zona occidental debido a que en los últimos dos años se perdieron
16.700 hectáreas de cultivos de palma de aceite (Fedepalma 2006)- consecuencia de la enfermedad de
producción del cogollo - y por tanto, el foco está puesto en la Zona Oriental, Central y Norte. La
selección de los sitios de estudio se basó en los siguientes criterios:
Criterio de exclusión 1: Representativo para plantas de biodiesel
Debe existir un enlace directo entre el cultivo y el productor de biodiesel. Por lo tanto, sólo se
seleccionaron los cultivos que proporcionan Racimo de Fruta Fresca - RFF a una extractora de aceite
de palma la cual a su vez provee de aceite a la planta de biodiesel.
Criterio de exclusión 2: Cultivos representativos
Se seleccionaron los cultivos más representativos, en términos de tamaño de las extractoras que
suministran aceite de palma a las plantas de biodiesel. Esta selección se realizó con base en entrevistas
con expertos.
Criterios de exclusión 3: Edad del cultivo
Algunos cultivos fueron establecidos recientemente, por lo que fueron excluidos de la muestra. La
razón es que los valores reales de, por ejemplo, el rendimiento, no reflejan el rendimiento sobre todo
el ciclo de vida y por lo tanto no sirve para llevar a cabo el ACV.
64
En general, se utilizaron tres cultivos en el Oriente, con un área total de 12.445 hectáreas, cuatro
cultivos en el norte (9.276 ha) y tres cultivos en el centro de Colombia (5.850 ha). En total, con los
valores empleados en este estudio, se representan alrededor del 26% de todos los cultivos de
palma ligados a la producción de biodiesel en Colombia.
Tabla 49: Área de las plantaciones de palma y áreas de muestreo en el oriente, norte y centro de Colombia. (Fuente:
CUE y Fedepalma)
Área
Área total
Área muestreada
Representatividad
Norte
106.635
9.276
8,7%
Centro
87.525
5.850
6,7%
Oriente
121.135
12.445,40
10,3%
3.3.3 Sistema Agrícola
El cultivo de palma de aceite no sólo requiere de un clima y suelo adecuado, sino que también
depende de la calidad de las semillas utilizadas, un riguroso proceso de selección de las plántulas en el
vivero, buena preparación del suelo antes de plantar, la correcta selección de las plantas de cobertura
y el correcto uso de fertilizantes para obtener el máximo rendimiento en cada etapa de producción
(Fedepalma 2009).
Por lo general, el ciclo de vida de una palma de aceite comienza en el vivero, donde se desarrollan las
plántulas en bolsas de polietileno durante 10 a 20 meses. Antes de sembrar, el sitio debe ser nivelado
y toda la vegetación localizada a un 1 m a la redonda del pozo (con una profundidad mayor a 1 m)
debe ser removida. Las plantaciones comerciales de palma de aceite se establecen normalmente como
campos de monocultivo con una distancia simétrica de 9m x 9m.
.
Figura 25: Plantación de palma con diferentes edades en Colombia.
Generalmente la palma de aceite comienza la producción en el segundo o tercer año después de la
siembra. El rendimiento aumenta continuamente y se estabiliza después de siete a diez años. En
general, la productividad y el crecimiento de la palma de aceite está determinado por la disponibilidad
óptima de agua y nutrientes, por la temperatura y por la presencia de plagas y enfermedades.
65
La producción de la palma de aceite puede durar más de 50 años (Fedepalma 2006), sin embargo
después de 20 a 25 años, es difícil cosechar la palma de aceite debido a su altura (en este estudio se
emplea una vida útil de 25 años). Después de que la planta ha alcanzado la altura máxima, se le
inyecta glifosato para que se muera o se corta y se remueve el árbol. La resiembra se realiza en
el campo despejado o entre las palmas muertas.
3.3.4 Productividad
El aceite de palma ofrece los rendimientos más altos por hectárea de todos los cultivos de aceite en la
actualidad (Corley and Tinker 2007). En general, alrededor de 20 toneladas de racimos de fruta
fresca (RFF) se producen por hectárea/año. Como se muestra en la Tabla 50, el rendimiento depende
del área geográfica de producción y de la edad del cultivo. En los últimos años se han establecido una
gran cantidad de nuevas plantaciones - las plantaciones que no están aún en producción - y por lo
tanto el rendimiento medio está descendiendo en Colombia.
Tabla 50: Rendimientos anuales de la producción por zona [en toneladas por hectárea-año] (Fedepalma 2006;
Fedepalma 2009).
66
En la Figura 26, se muestra la producción de aceite de palma por área de cultivo.
Figura 26: Productividad de la palma de aceite en los sitios de estudio en el Oriente (azul), Norte (naranja)
y Centro (verde) de Colombia en toneladas de RFF por hectárea y año. Los colores claros reflejan la productividad
de las fincas muestreadas y los colores oscuros reflejan el valor promedio de la región. La barra negra indica la productividad nacional promedio y la barra gris representa la productividad suministrada por Fedepalma. (Fuente: CUE
y Fedepalma 2009)
3.3.5 Características del Sistema
En la Figura 27, se presentan los insumos empleados y las emisiones generadas para el cultivo de la
palma de aceite. En los capítulos siguientes se describen los flujos individuales.
67
Figura 27: Presentación esquemática sobre el inventario de palma de aceite (Fuente: CUE)
3.3.6 Materias primas y auxiliares
3.3.6.1 Fertilizantes minerales
En la Tabla 51, se presentan las entradas de fertilizantes minerales por área de cultivo. Además, se
muestra el N total, P2O5, K2O, MgO and B2O3. La cantidad y el tipo de fertilizante aplicado dependen
de las condiciones locales y del presupuesto de los cultivadores.
Tabla 51: Entradas de fertilizantes minerales en kg por hectárea y año para las diferentes zonas de cultivo. (Fuente:
CUE con base en las visitas de campo)
Fertilizante
Mineral
Abotec
Fosfato Nitrato de
Amonio, como P2O5
Borax
Óxido de boro
DAP, como N
DAp, como P2O5
Unidad
E001 E002
E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003
kg/ha/año
-
-
-
319,4 319,4
kg/ha/año
73,3
51,7
-
-
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
11,5
-
8,1
-
11,5
39,8
14,6
2,2
5,6
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
14,6
2,2
5,6
2,4
-
39,4
0,1
-
13,7
20,9
53,4
18,5
-
42,9
-
68
Fertilizante
Mineral
Dolomita
kg/ha/año
Fortaleza (Abomicol)
kg/ha/año
-
-
-
Granufos 40
Hydran
KCl
Kieserita
Mags
MAP
Sulfato de Magnesio
Nitromag
Nitrosam
Fósforo nutric
Nutrimon
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
-
-
-
Otros compuestos de N
kg/ha/año
-
-
-
Cloruro de potasio
Nitrato de potasio
Sulfato de potasio
SAM
Sulfomag
Azufre
Tripel 18
Urea
Sulfato de Zinc
Resumen
Total N
Total P2O5
Total K2O
Total MgO
Total B2O3
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
kg/ha/año
Unidad
E001 E002
E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003
228,7 161,4 134,1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
170,8
-
-
-
-
22,1
393,0
141,0 141,0
422,3
62,1 62,1
199,8
19,5 97,2
46,6
22,6 22,6
174,6 174,6
494,4
-
-
-
0,4
-
429,0
286,0
286,0
572,0
16,8
-
322,8 227,8 262,3
106,2
106,9
1,4
105,0 105,0
696,1
52,5 473,9 592,3
286,0
34,1 34,1
1,2
0,7
181,3 128,0 35,0 32,0 32,0
0,2
441,9
kg/ha/año 83,4 58,9
kg/ha/año 73,3 51,7
kg/ha/año 193,7 136,7
kg/ha/año 50,3 35,5
kg/ha/año 5,5
3,9
16,1
39,8
157,4
29,5
11,5
118,4
25,3
219,9
35,5
7,3
118,4
25,3
219,9
35,5
7,3
104,5
32,3
123,3
93,1
1,1
107,6
48,6
354,7
48,0
18,9
142,3
53,4
253,4
13,7
81,0
38,5
177,8
29,7
10,1
133,0
111,5
460,5
71,5
22,0
3.3.6.2 Fertilizantes orgánicos
Por lo general, la tusa se lleva de nuevo al campo con el fin de cerrar el ciclo de nutrientes y mejorar la
estructura del suelo. La composición de la tusa se muestra en la Tabla 52.
Tabla 52: Composición de nutrientes en la tusa en base húmeda y seca (Heriansyah 2008).
Peso seco
Peso húmedo
N
0,54%
0,28%
P 2O 5
0,14%
0,07%
K2O
2,77%
1,41%
MgO
0,32%
0,16%
69
La aplicación de la tusa no es uniforme, ya que en las plantaciones que pertenecen a compañías
extractoras aplican más tusa que en las plantaciones independientes.
Además, en algunos casos se devuelve el compostaje al campo. En la Tabla 53, se muestran todas las
entradas de fertilizantes orgánicos. La cantidad de tusa que regresa al cultivo es específica del sitio ya
que la tusa es principalmente usada para el campo, el cual está localizado cerca a la extractora.
Tabla 53: Entradas de fertilizantes orgánicos en kg por ha y año para diferentes áreas de cultivo. (Fuente: CUE con
Fertilizante
orgánico
Tusa
Compostaje
Unidad
E001
E002
E003
N001
N002
N003
N004
C001
C002
C003
kg/ ha - año
kg/ ha - año
127.660
-
-
-
8.600
-
1.430
-
3.848
-
11.120
-
9.016
-
-
3.3.6.3 Pesticidas
Para el control de hongos, hierbas, insectos y plagas se aplican diversos agroquímicos. En la Tabla 54,
se presentan las cantidades de agroquímicos aplicadas en las diferentes zonas de cultivo.
Tabla 54: Agroquímicos aplicados en las diferentes áreas de cultivo por área de cultivo (en kg por kg RFF y año).
(Fuente: CUE con base en las visitas de campo).
Agroquímico
Glifosato, en
almacén regional /
RER S
Compuestos de
Bipiridilium, en
almacén regional /
RER S
Compuestos de
urea (sulfonados),
en almacén
regional / RER S
Alcoholes
etoxilados ( AE7),
petroquímica, en
planta / RER S
Compuestos
Organofosforados,
en almacén
regional/ RER S
Compuestos de
Acetamida-anilida,
en almacén
regional
Compuestos de
Ftalamida, en
almacén regional /
RER S
Unidad
E001
E002
E003
N001
N002
N003
N004
C001
C002
C003
kg/ kg
RFF
4,41E-5
6,21E-5
1,98E-5
1,50E-4
2,10E-4
6,95E-7
3,75E-4
1,28E-4
1,32E-4
1,28E-4
kg/ kg
RFF
1,88E-5
1,71E-6 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
1,27E-5
1,21E-5
3,35E-5 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
1,57E-5
2,21E-5
2,06E-5 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
5,88E-5
5,07E-5 0,00E+0 1,12E-5
kg/ kg
RFF
6,08E-6
1,43E-6
kg/ kg
RFF
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 6,49E-7
1,57E-5 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 4,13E-6
3,08E-5 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 1,40E-5 0,00E+0 0,00E+0 8,06E-6
9,09E-7
1,44E-6 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
70
Agroquímico
Unidad
E001
E002
E003
N001
N002
N003
N004
C001
C002
C003
Compuestos
Piretroides, en
kg/ kg
almacén regional / RFF
RER S
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 7,69E-8
1,08E-7 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
Compuestos de
Benzimidazol, en kg/ kg
almacén regional / RFF
RER S
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 1,86E-5
2,60E-5 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 1,00E-6
1,40E-6 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 1,35E-6
1,89E-6 0,00E+0 2,24E-4 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 1,14E-6
1,59E-6 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 4,98E-8
6,97E-8 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 2,81E-5 0,00E+0 0,00E+0
kg/ kg
RFF
5,58E-6
kg/ kg
RFF
0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 2,85E-7
Compuestos de N
cíclico, en almacén
regional / RER S
Compuestos de
Ditiocarbamato, en
almacén regional/
RER S
Compuestos de
Triazina, en
almacén regional /
RER S
Compuestos de
(Tio) carbamato,
en almacén
regional / RER S
Herbicidas, en
almacén regional /
RER S
Insecticidas, en
almacén regional
/RER S
Fungicidas en
almacén regional
/RER S
2,86E-6 0,00E+0 5,41E-8
7,57E-8
1,44E-4 0,00E+0 1,17E-4
1,85E-6
1,08E-5
3,99E-7 0,00E+0 0,00E+0 6,70E-6 0,00E+0 0,00E+0
Los campos marcados en Verde indican que un agroquímico es aplicado.
3.3.7 Transporte y Maquinaria
A continuación se describe el transporte de los materiales de entrada (fertilizantes) y la maquinaria
empleada para la irrigación y la cosecha.
Riego: Durante los períodos secos, los cultivos de palma de aceite son regados empleando aguas
subterráneas o superficiales. Para ello se emplean bombas eléctricas o a diesel.
Fertilizantes y pesticidas: El principal fertilizante en el cultivo de aceite de palma es la tusa, la cual se
transporta desde la extractora hasta la plantación por camión, y después los trabajadores distribuyen
la tusa en el cultivo. Los fertilizantes minerales y pesticidas también son transportados en camión hasta
los límites del campo y distribuidos por los trabajadores.
71
Deshierbe: En general, se permite el crecimiento de plantas alrededor de las palmas de aceite, sin
embargo, éstas están controladas mediante cortes periódicos, siega de pastos o con el uso de
herbicidas (Corley and Tinker 2007).
Cosecha: Los racimos de fruta fresca se recolectan manualmente con un cuchillo largo. Después de
que el RFF se corta del árbol, los frutos se agrupan de manera que puedan ser cargados
eficientemente.
Figura 28: Recolección de fruta de Palma (izquierda), embalaje para el transporte (centro) y carga (derecha)14
(Fuente: CUE y www.reportage-enviro.com.
Dependiendo de las distancias de transporte, los RFF se transportan mecánicamente o mediante el uso
de animales (si es menos de 5 km) hasta la planta de extracción.
Figura 29: Transporte de RFF por animal (izquierda), tractores (centro) y camiones (derecha) desde el campo hasta la planta de extracción. (Fuente: CUE)
En este estudio sólo se consideró el transporte mecánico. La distancia promedio de transporte en
camión y tractor es de 19 y 2,6 km, respectivamente. Debido a que se conoce el consumo total de
combustible para todo el cultivo (incluyendo todas las actividades), el inventario se basó en estos
valores (véase Tabla 55), en lugar de dividir el consumo de combustible de las actividades individuales.
Tabla 55: Consumo de combustible de las diferentes áreas de cultivo de palma en ton.km per kg RFF. (Fuente: CUE
con base en las visitas de campo).
Vehículo
14
Unidad
E001
E002
E003
N001
N002
N003
N004
C001
C002
C003
Imagen de: http://www.reportage-enviro.com
72
Transporte, tractor y
trailer/tkm/CH
tkm/ kg FFB
9,1E-03
1,3E-02
5,5E-03
4,6E-03
4,6E-03
3,4E-03
3,7E-03
3,5E-03
1,4E-03
8,7E-04
Transporte, camión >16t,
flota promedio/tkm/RER
tkm/ kg FFB
9,4E-03
1,3E-02
5,7E-03
4,8E-03
4,8E-03
3,5E-03
3,8E-03
3,7E-03
1,4E-03
9,0E-04
Transporte, carro de
pasajero, gasolina,
EURO3/personkm/CH
pkm/ kg FFB
2,9E-04
4,1E-04
5,9E-04
4,1E-03
4,2E-03
1,0E-03
1,1E-03
1,1E-03
6,5E-04
4,7E-04
3.3.8 Cambio en el uso del suelo
De acuerdo a los cuestionarios y al Anuario Estadístico (Fedepalma 2009), el cambio en el uso de la
tierra en el año 2000 en el oriente fue del 48% de pastizales, del 12% de arroz y en el 40% ya habían
cultivos de palma. En el centro y en el norte, el 61% de los cultivos se establecieron en
antiguos pastizales, mientras que en el 39% ya había cultivos de palma.
Los valores obtenidos de las visitas de campo son coherentes con los valores mostrados en la Figura
30 publicados por Pincon (2008). La figura indica que la mayor parte del suelo en la cual se
establecieron los cultivos de palma fueron pastizales o sabanas suelos agrícolas de pequeña extensión.
Figura 30: Cantidad relativa de tierra transformada debido a los cultivos de palma desde el 200 al 2009. (Fuente:
Pincon 2008).
Las emisiones directas de carbono causadas por el cambio en el uso de la tierra (LUC, por sus siglas en
inglés) se calculan de acuerdo a la metodología de Nivel 1 del IPCC (descrita en la sección 2.2.3). Los
valores de las reservas de carbono también se tomaron de la literatura y los cálculos se presentan en la
Tabla 56.
Tabla 56: Parámetros para el cambio en el uso directo de la tierra para los diferentes sitios de cultivo de palma
(Fuente: CUE con base en las visitas de campo y los valores por defecto del IPCC).
IPCC Cambio en el uso de la tierra
Pasto
AGB
E
001
3,00
E
002
3,00
E
003
3,75
N
001
2,88
N
002
2,88
N
003
2,88
N
004
2,88
C
001
3,78
C
002
1,27
C
003
3,78
73
E
001
1,13
17,42
5,34
0,23
0,03
E
002
1,13
17,42
5,34
0,23
0,03
E
003
1,41
17,42
5,34
-
N
001
0,81
17,08
5,24
-
N
002
0,81
17,08
5,24
-
N
003
0,81
17,08
5,24
-
N
004
0,81
17,08
5,24
-
C
001
1,42
17,22
5,28
-
C
002
0,48
17,22
5,28
0,76
0,09
C
003
1,42
17,22
5,28
-
50,00
50,00
50,00
30,00
30,00
30,00
30,00
20,00
20,00
20,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,15
1,00
20,65
6,50
50,00
77,14
1,15
1,00
20,65
6,50
50,00
77,14
1,15
1,00
21,17
6,75
50,00
77,92
1,15
1,00
19,96
6,05
30,00
56,01
1,15
1,00
19,96
6,05
30,00
56,01
1,15
1,00
19,96
6,05
30,00
56,01
1,15
1,00
19,96
6,05
30,00
56,01
1,15
1,00
21,00
6,70
20,00
47,70
1,15
1,00
19,25
5,85
20,00
45,10
1,15
1,00
21,00
6,70
20,00
47,70
44,00
44,00
44,00
44,00
44,00
44,00
44,00
44,00
44,00
44,00
13,50
57,50
115,0
0
13,50
57,50
115,0
0
13,50
57,50
115,0
0
13,50
34,50
92,0
0
13,50
34,50
92,0
0
13,50
34,50
92,0
0
13,50
34,50
92,0
0
13,50
23,00
80,5
0
13,50
23,00
80,5
0
13,50
23,00
80,5
0
t C/ha
37,86
37,86
37,08
35,99
35,99
35,99
35,99
32,80
35,40
32,80
Años
kg C/ kg RFF
kg CO2/kg RFF
20,00
0,10
0,35
20,00
0,14
0,50
20,00
0,15
0,54
20,00
0,08
0,31
20,00
0,12
0,43
20,00
0,06
0,24
20,00
0,07
0,26
20,00
0,06
0,23
20,00
0,07
0,25
20,00
0,06
0,23
IPCC Cambio en el uso de la tierra
BGB
AGB
BGB
Arroz
AGB
BGB
Reservas de carbono en el suelo
(natural)
Parámetr
Facto de uso del suelo
o de
(FLU)
cultivo
Factor de manejo (FMG)
Factor de entrada(FI)
Antes
AGB
BGB
SOC
TOT
Después
AGB
(Palma)
BGB
SOC
Palma
TOT
Diferenci
a
Además, los efectos indirectos en el cambio de uso del suelo (iLUC) se tuvieron en cuenta en
un análisis de sensibilidad (véase el capítulo 2.2.4).
3.3.9 Absorción de carbono y energía de la biomasa
La absorción de dióxido de carbono se calcula a partir del contenido de carbono del RFF (1,14 kg de
CO2 por kg RFF), mientras que la energía de la biomasa se calcula a partir del contenido energético del
RFF (16 MJ por kg RFF) (Jungbluth, Dinkel et al. 2007).
3.3.10 Emisiones a la atmósfera
En la Tabla 57, se enuncian las emisiones a la atmósfera causadas por la fertilización. Las emisiones de
amoníaco se calcularon empleando los factores de emisión del modelo Agrammon, ver sección 2.2.2
(SHL 2010). Para la urea, las emisiones de NH3 son del 15% del total de nitrógeno aplicado y el modelo
prevé que otros fertilizantes minerales sólo emiten el 2% del nitrógeno total. Se estima que un 80%
74
del Total Amoniacal Nitrógeno (TAN) 15 se emiten en forma de NH3. Las emisiones de N2O y de NOx
fueron modeladas empleando los factores de emisión del IPCC (IPCC 2007).
Tabla 57: Emisiones a la atmósfera por la aplicación de fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de emisión)
Emisiones
al aire
Unidad
E001
E002
E003
N001
N002
N003
N004
C001
C002
C003
NH3-N
kg/kg RFF
6,34E-04
6,31E-04
1,91E-04
2,00E-04
2,80E-04
1,09E-04
8,42E-05
1,07E-04
6,30E-05
1,00E-04
N2O
kg/kg RFF
6,97E-04
9,55E-05
3,21E-05
1,41E-04
1,61E-04
6,74E-05
7,29E-05
1,34E-04
8,58E-05
8,74E-05
NOx
kg/kg RFF
1,46E-04
2,00E-05
6,75E-06
2,96E-05
3,39E-05
1,42E-05
1,53E-05
2,80E-05
1,80E-05
1,84E-05
3.3.11 Vertidos al agua
Los vertidos de fósforo y nitratos a las aguas subterráneas y superficiales se calcularon empleando
el mismo modelo empleado en la herramienta en línea SQCB16 (Faist-Emmenegger, Reinhard et al.
2009).
Tabla 58: Vertidos al agua por el uso de fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de emisión).
Vertidos al agua
E001
E002
E003
N001
N002
N003
N004
C001
C002
C003
Nitrato
P
mm
2.500
2.500
2.500
1.800
1.800
1.800
1.800
1.500
1.500
1.500
S
kg N/ha-año
83,42
58,87
16,10
118,45
118,45
127,55
107,61 142,33
81,04
132,99
C
L
Contenido de arcilla
Profundidad de raíz (m)
4,90
1,00
4,90
1,00
4,90
1,00
4,90
1,00
4,90
1,00
4,90
1,00
4,90
1,00
4,90
1,00
4,90
1,00
4,90
1,00
Corg
%
0,81
0,81
0,81
0,81
0,81
0,81
0,81
0,81
0,81
0,81
Densidad
t suelo /m3
aparente
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
Corg,
EMPA
t C/ 3000m3
34,00
34,00
34,00
34,00
34,00
34,00
34,00
34,00
34,00
34,00
Norg
kg/ha
U
kg N/ ton producción
N
kg NO3/kg RFF
4.378,79 4.378,79 4.378,79 4.378,79 4.378,79
118,38
84,00
75,90
4,79E-03 7,97E-03 3,62E-03
128,46
91,80
4.378,79 4.378,79 4.378,79 4.378,79 4.378,79
166,20
154,38 159,60 154,26 159,60
5,05E2,29E- 3,24E- 8,86E- 2,85E1,03E-02 2,54E-03
03
03
03
04
03
Fósforo al agua superficial
LS
Perdida del suelo potencial anual a
largo plazo [t ha-1 año-1]
Factor de erosividad [MJ mm ha-1
h-1 año-1]
Factor de erodabilidad [t h MJ-1
mm-1]
Factor Pendiente[-]
S
Pendiente %
L
longitud m
C1
C2
P
Factor cultivo [-]
Factor labrado [-]
Factor practica [-]
A
R
k
15
16
2,24
19,48
36,75
27,28
36,00
44,72
2.322,65 2.319,66 2.321,71 1.173,08 1.173,08 1.173,08
53,44
1.173,08
42,36
48,31
54,24
799,59 799,59 799,56
0,13
1,13
2,13
3,13
4,13
5,13
6,13
7,13
8,13
9,13
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
0,20
0,25
0,50
0,20
0,25
0,50
0,20
0,25
0,50
0,20
0,25
0,50
0,20
0,25
0,50
0,20
0,25
0,50
100,00 100,00 100,00 100,00
0,20
0,25
0,50
0,20
0,25
0,50
0,20
0,25
0,50
0,20
0,25
0,50
Para Tusa un valor TAN de 0.0003 kg/kg está asumido, basado en valores del informe de Agrammon..
Para más información acerca del modelo SQCB favor ver sección 2.2.2
75
Pe
kg P /kg RFF
4,55E-05 5,57E-04 1,16E-03
fosfato al agua superficial: escorrentía y
drenaje
Escorrentía promedio [kgP ha-1
kr
año-1]
f
Fertilizante mineral [kgP ha-1]
Cm
Fertilidad del suelo (kgP/ha)
5,10E8,31E- 6,37E- 7,52E- 8,16E9,41E-04 6,46E-04
04
04
04
04
04
0,18
1,18
2,18
3,18
4,18
5,18
6,18
7,18
8,18
9,18
73,26
51,70
39,76
25,34
25,34
32,32
48,61
53,45
38,50
111,54
-
-
-
11,55
4,83E8,25E- 9,37E- 1,07E- 1,35E3,22E-05 2,90E-04 5,79E-04
8,89E-04 6,52E-04
04
04
04
03
03
kg P /kg FFB
3.3.12 Residuos al suelo
La deposición de metales pesados en el suelo se calculó como el balance entre la entrada de metales
pesados en la fertilización y la remoción debida a la recolección de la cosecha (Jungbluth, Dinkel et al.
2007). Además, se asume que los pesticidas emiten a los suelos.
Tabla 59: Residuos al suelo por la aplicación de pesticidas y fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de
emisión).
Residuos al
suelo
Cd
Cu
Zn
Pd
Ni
Cr
Hg
Glifosato
Paraquat
Unidad
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
E001
E002
E003
N001
N002
N003
N004
C001
C002
C003
2,84E-7
2,82E-7
1,44E-7
1,02E-7
1,64E-7
1,83E-7
1,80E-7
-3,53E-9
1,05E-7
3,45E-7
-2,59E-6
-2,59E-6
-2,96E-6
-2,99E-6
-2,79E-6
-2,85E-6
-2,82E-6
-3,27E-6
-3,03E-6
-2,39E-6
-1,09E-5
-1,09E-5
-1,30E-5
-1,34E-5
-1,20E-5
-1,28E-5
-1,22E-5
-1,51E-5
-1,38E-5
-9,42E-6
1,37E-7
1,35E-7
-7,45E-9
-4,58E-8
5,02E-8
-4,79E-9
4,90E-8
-1,72E-7
-6,67E-8
2,43E-7
4,19E-7
4,15E-7
1,34E-7
1,09E-7
2,68E-7
2,44E-7
2,53E-7
-1,09E-7
8,43E-8
6,02E-7
3,62E-6
3,60E-6
2,06E-6
1,55E-6
2,29E-6
2,45E-6
2,44E-6
3,76E-7
1,55E-6
4,36E-6
-2,12E-8
-2,12E-8
-2,12E-8
-2,12E-8
-2,12E-8
-2,12E-8
-2,12E-8
-2,12E-8
-2,12E-8
-2,12E-8
4,41E-5
6,21E-5
1,98E-5
1,50E-4
2,10E-4
6,95E-7
3,75E-4
1,28E-4
1,32E-4
1,28E-4
7,10E-6
7,14E-7
0,00E+0
1,84E-5
2,58E-5
0,00E+0
0,00E+0
2,81E-5
0,00E+0
0,00E+0
Metsulfuronmethyl
kg/kg
RFF
4,05E-6
5,71E-6
3,16E-7
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
Alcohol
ethoxylate
kg/kg
RFF
1,57E-5
2,21E-5
2,06E-5
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
5,88E-5
5,07E-5
0,00E+0
1,12E-5
1,57E-5
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
4,13E-6
6,08E-6
1,43E-6
3,08E-5
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
1,40E-5
0,00E+0
0,00E+0
8,06E-6
1,42E-5
9,29E-6
3,32E-5
1,31E-7
1,83E-7
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
1,17E-5
1,00E-6
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
Malathion
Metalaxil
Thiram
Diquat
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
Azoxystrobin
kg/kg
RFF
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
4,70E-7
6,58E-7
0,00E+0
0,00E+0
6,70E-6
0,00E+0
0,00E+0
Phthalimide
kg/kg
RFF
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
6,49E-7
9,09E-7
1,44E-6
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
76
Residuos al
suelo
Unidad
E001
E002
E003
N001
N002
N003
N004
C001
C002
C003
Carbendazim
kg/kg
RFF
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
1,57E-7
2,19E-7
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
Difenoconazole
kg/kg
RFF
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
3,56E-8
4,98E-8
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
Propiconazole
kg/kg
RFF
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
7,79E-7
1,09E-6
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
Propineb
kg/kg
RFF
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
7,78E-7
1,09E-6
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
Triazine, 1,3,5-
kg/kg
RFF
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
1,14E-6
1,59E-6
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
5,70E-7
7,97E-7
0,00E+0
2,24E-4
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
4,98E-8
6,97E-8
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
0,00E+0
Mancozeb
Carbofuran
kg/kg
RFF
kg/kg
RFF
3.4 Extracción de aceite de palma y producción de biodiesel
3.4.1 Introducción
En Colombia, la capacidad instalada de molienda de RFF (Racimos de Fruta Fresca) en el año 2009 fue
de 1.109 toneladas por hora. De los RFF se pueden extraer alrededor de 232 toneladas de aceite crudo
por hora. En los últimos años la proporción de aceite de palma que se procesa localmente para
biodiesel es creciente. Actualmente la capacidad instalada de las plantas de biodiesel es de
486.000 toneladas por año.
Tabla 60: Plantas de biodiesel y capacidad instalada (MADR 2011). Las compañías marcadas con una estrella (*)
son parte de este estudio.
Compañía
Oleoflores*
Odin Energy
Biocombustibles Sostenibles del Caribe*
Bio D*
Aceites Manuelita*
Ecodiesel
TOTAL
Región
Codazzi, Cesar
Santa Marta, Magdalena
Santa Marta, Magdalena
Facatativá, Cundinamarca
San Carlos de Guaroa, Meta
Barrancabermeja, Santander
Capacidad
[ton/año]
50.000
36.000
100.000
100.000
100.000
100.000
486.000
Operación desde
Julio 2007
Marzo 2008
Febrero 2009
Abril 2009
Junio 2009
Junio 2010
Los datos del proceso para este estudio se derivan de 4 compañías que se encontraban operando en
2009: Oleoflores, Biocombustibles Sostenibles del
Caribe,
Aceites Manuelita y
BioD,
las
cuales
representan un 65% de la producción total de biodiesel en Colombia (medida en la capacidad
instalada). El promedio se calcula como un valor promedio ponderado. Los factores de ponderación se
calculan de acuerdo a la producción anual real en 2009 para la extractora de aceite de palma, la
refinería y la planta de transesterificación (ver Tabla 61).
77
Tabla 61: Promedio ponderado de las diferentes empresas productoras de biodiesel (Fuente: CUE con base en las
visitas de campo y Cenipalma)
Extracción de palma de aceite
Compañía
Empresa A
Empresa B
Empresa C
Empresa D
Empresa E
Producción anual (ton)
146.500
162.080
114.600
274.380
60.480
19%
21%
15%
36%
8%
Empresa B
Empresa C
Empresa D
Refinería de aceite de palma
Compañía
Empresa A
82.500
45.676
102.595
73.888
27%
15%
34%
24%
Empresa A
Empresa B
Empresa C
Empresa D
50.260
45.251
45.00017
72.753
24%
21%
21%
34%
Planta de biodiesel
Compañía
3.4.2 Descripción del sistema
El proceso de biodiesel se puede dividir, básicamente, en los siguientes procesos:

Extracción de aceite de Palma (incluyendo la caldera y turbina)

Refinería de aceite.

Planta Biodiesel.

Laguna de agua residual.

Purificación de Glicerina.
En la Figura 31, se presenta una visión general sobre los diferentes procesos y los flujos vinculados a la
producción de biodiesel a partir de RFF de palma.
17
Valor asumido ya que no se tenían datos disponibles.
78
Racimos de fruta fresca, RFF
Optimización:
- Captura y quema de
metano de acuerdo a PDO
AR
Aceite de palmiste
Fábrica aceite de
palma
Torta de palmiste
Ceniza
Tusa
AR
21.4 t
Aceite crudo
Tratamiento de
aguas
Refinería
AR
Optimización:
- Purificaión de glicerol
Aceite refinado Ácidos grasos
Glicerol crudo
Purificación de
glicerol
Purif. glicerol
Transesterificación
Jabones
AR
Biodiesel
Figura 31: Visión esquemática general sobre el sistema de biodiesel. (CUE con base en las visitas de campo)
Se considera i) un proceso representativo para Colombia en el año 2009 y ii) un proceso optimizado,
asumiendo mejoras implementables en el futuro próximo. Todos los pasos se describen en los
siguientes capítulos.
El inventario de la producción de biodiesel promedio en Colombia se calculó en dos etapas. En primer
lugar se determinaron todas las entradas y salidas de la extracción de aceite y de la planta de
biodiesel18 por 100ton de RFF. Debido a que el procesamiento de RFF es un proceso con salidas
múltiples, la
participación del
medio
ambiente debe
ser distribuida
en cada
salida individual
(ver factores de asignación en el capítulo 3.4.8.2 ). Por último, se calcula el impacto de 1 kg de
Biodiesel de palma.
18
Los datos de inventario del proceso de biodiesel se suministran por kg de biodiesel con el objetivo de realizar una mejor
interpretación de los valores del inventario.
79
3.4.3 Extracción de aceite de Palma
3.4.3.1 Caracterización del sistema
En la Figura 32, se presenta un proceso esquemático general. En la Tabla 62, se describen los procesos
con más detalles.
Figura 32: Procesos de la extracción de aceite de palma (Fuente: Adaptado de Fedepalma 2010).
Tabla 62: Descripción del proceso de aceite de palma. (Fuente: CUE)
Proceso
1. Carga
2. Esterilización
Figuras
Descripción
Los RFF pesados son descargados de los camiones a los vagones de tren de
los RFF de palma de aceite.
La esterilización es llevada a cabo con vapor a baja presión por cerca de 90
minutos.
80
Proceso
Figuras
Descripción
Los frutos se separaran de los racimos mediante un proceso mecánico. La
3. Trillado
tusa es transportada en bandas transportadoras hacia los camiones y luego
son llevadas de nuevo al campo para compostaje.
La digestión es el proceso en el cual se libera el aceite del fruto a través de
4. Digestión y
la ruptura de las células contenedoras de aceite. El digestor comúnmente
prensado
empleado consiste en un envase cilíndrico calentado con vapor al cual se le
ajusta un agitador. Mediante la acción del agitador se golpean los frutos.
El aceite se clarifica a través de una separación gravimétrica, la cual se basa
5. Clarificación
en la diferencia de densidades. El aceite clarificado se almacena en tanques.
y secado
El aceite se seca para reducir la humedad, mediante el calentamiento en
sistemas de tanques o por secado atmosférico o en vacío.
6. Tratamiento
de efluentes
El agua contaminada con aceite, la cual es subproducto del proceso de
clarificación se pasa a través de centrífugas con el objetivo de recuperar
aceite. El efluente remanente se trata en el sistema de tratamiento de aguas
residuales.
Se separa la mezcla compuesta de fibras y nueces. Se quiebran las cáscaras
7. Desfibrado y
de las nueces y se remueve el palmiste. El palmiste pasa a través del silo de
extracción de
secado y el aceite es prensado. El aceite de palmiste se vende y la torta de
palmiste
palmiste se usa como forraje. La fibra y la cáscara son recogidas y se
emplean como combustible en la caldera.
3.4.3.2 Entrada de material y energía
En la Tabla 63, se presenta la entrada de materia y energía por 100 kg de palma para los
escenarios actual y optimizado. Para el escenario optimizado, se utilizan los valores de la empresa
de extracción "Palmera de la Costa" debido a los eficientes procesos en la caldera y la turbina.
Tabla 63: Entrada de materia y energía por 100 ton de RFF (Fuente: CUE con base en las visitas de campo)
ENTRADA
Racimos de frutos frescos
Agua
Autogeneración de electricidad
Electricidad de la red
Electricidad diesel
Vapor
Unidad
Escenario: ”Promedio”
SD
Escenario: ”Optimizado”
ton
ton
kWh
kWh
kWh
ton
100,00
109,84
740,12
1.358,11
19,08
43,35
5,17
1.165,26
820,33
21,15
14,90
100,00
109,84
2.460,00
57,24
28,00
48,00
Los cálculos de Cenipalma y NEST (Núcleo de Estudios de Sistemas Térmicos) muestran un consumo
de vapor en el proceso de extracción de 550 kg/t RFF (Yañez). Este valor es ligeramente superior al
81
resultado de este estudio (434 kg/t RFF), lo cual es explicable debido a la mayor eficiencia. Sin
embargo, Wood et al. calculó un consumo de vapor de 440 kg/t RFF (Wood and Corley 1991).
Los valores dados por Wood et al. de energía eléctrica (23 kWh/t RFF) son coherentes con el
resultado de este estudio (23 kWh/t RFF).
3.4.3.3 Productos, subproductos y residuos
En la Tabla 64, se presentan las salidas de la extracción de aceite de palma por 100 ton RFF. Se asume
la misma eficiencia de conversión para ambos escenarios.
Tabla 64: Salidas en la extracción aceite de palma por 100t RFF (Fuente: CUE con base en las visitas de campo).
Salida
Unidad
Aceite crudo de palma
Tusa
Aceite de palmiste
Harina de palmiste
Agua residual
Fibra
Cáscara de nueces
ton
ton
ton
ton
ton
ton
ton
Escenario: ”Promedio”
SD
Escenario: ”Optimizado”
21,38
21,34
2,00
2,86
97,17
13,16
7,90
0,79
1,81
0,70
0,61
6,44
0,45
1,16
21,38
21,34
2,00
2,86
97,17
13,16
7,90
3.4.3.4 Producción de energía
La energía consumida para extraer el aceite de palma se genera en el sistema de caldera y turbina. Los
subproductos de la extracción, fibras y cáscaras, se emplean como combustibles. Sin embargo, en
algunos casos se utiliza también carbón y electricidad de la red o desde un equipo de generación
diesel. En la Tabla 65; se presenta la composición de los portadores de energía de entrada.
Tabla 65: Propiedades de los RFF, fibra y cáscara (Fuente: Ecoinvent)
Parámetro
Poder calorífico inferior
Humedad
C
H
S
N
O
Contenido de ceniza
Unidad
MJ/kg
%
%
%
%
%
%
%
RFF
6,03
24,94
54,3
18,7
0,22
3,8
11,02
8,93
Cáscara
12,57
6,16
51,8
25,1
0,3
5,15
12,35
4,96
Fibra
8,98
28,76
58,9
20,15
0,24
4,21
8,62
5,55
En el procesamiento de 100 toneladas de RFF resultan cerca de 13 toneladas de fibra y 8 toneladas de
cáscara, las cuales se utilizan en la caldera. Se asume que todo el material se utiliza para la producción
de vapor.
82
La capacidad de una caldera promedio en un proceso de extracción de aceite típico es de
20 toneladas de vapor por hora. El vapor generado tiene una presión media entre 220 y 290 psi y una
temperatura de 160 a 190 °C. Por lo tanto, el vapor tiene una energía interna específica interna de 717
kJ/kg. Para este estudio se analizaron dos sistemas de calderas, 1) una caldera promedio y 2) un
sistema de caldera y tubería optimizada (de "Palmera de la Costa").
Las emisiones se calculan basadas en el proceso Ecoinvent “unidad Cogen 6400kWth, quema de
madera”. Se ha aplicado la misma metodología que se describe en el capítulo 3.2.3.2 . En la Tabla 66,
se presentan las emisiones por MJ fibra y cuesco, así como por cada 100 toneladas de RFF.
Tabla 66: Emisiones al aire producto de la combustión de 1 MJ de fibra, 1 MJ de cáscara por cada 100 toneladas de
RFF. (Jungbluth, Dinkel et al. 2007).
MJ
kg
kg
kg
kg
kg
1MJ de
fibra
1
0,24
1,14E-04
5,84E-05
9,11E-06
5,65E-07
1 MJ de
cáscara
1
0,15
1,50E-04
7,68E-05
1,20E-05
7,42E-07
100 ton
of RFF
303.209
62.750
3,88E+01
1,98E+01
3,09E+00
1,91E-01
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
7,94E-07
3,24E-06
2,99E-06
7,94E-08
1,18E-06
4,03E-06
1,30E-09
6,50E-10
1,18E-06
7,81E-08
7,61E-06
9,11E-10
2,34E-07
5,15E-09
5,20E-11
2,86E-08
1,04E-06
4,26E-06
3,93E-06
1,04E-07
1,56E-06
5,30E-06
1,71E-09
8,55E-10
1,56E-06
1,03E-07
1,00E-05
1,20E-09
3,08E-07
6,77E-09
6,84E-11
3,76E-08
2,69E-01
1,10E+00
1,01E+00
2,69E-02
4,01E-01
1,37E+00
4,41E-04
2,20E-04
4,01E-01
2,65E-02
2,58E+00
3,09E-04
7,94E-02
1,75E-03
1,76E-05
9,70E-03
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
4,03E-14
3,90E-08
6,50E-08
1,69E-07
9,37E-15
3,90E-10
3,04E-05
4,70E-07
2,22E-07
5,30E-14
5,13E-08
8,55E-08
2,22E-07
1,23E-14
5,13E-10
4,00E-05
6,17E-07
2,92E-07
1,37E-08
1,32E-02
2,20E-02
5,73E-02
3,17E-09
1,32E-04
1,03E+01
1,59E-01
7,54E-02
Emisión
Unidad
Calor, residual
Dióxido de carbono, biogénico
Óxidos de nitrógenos
Material particulado, < 2.5 m
Monóxido de carbono, biogénico
Metano, biogénico
NMVOC, compuestos orgánicos volátiles no metano, origen
no especificado
Dióxido de azufre
Monóxido de di nitrógeno
Acetaldehído
Hidrocarburos, alifáticos, alcanos, sin especificar
Hidrocarburos, alifáticos, insaturados
Arsénico
Benzopireno
Benceno
Bromo
Calcio
Cadmio
Cloro
Cromo
Cromo VI
Cobre
Dioxinas, medidas como 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-pdioxin
Etil benceno
Flúor
Formaldehido
Hexaclorobenceno
Mercurio
Potasio
Magnesio
Manganeso
83
Emisión
Unidad
Sodio
Amoniaco
Níquel
Fósforo
PAH, hidrocarburos aromáticos policíclicos
Plomo
Pentaclorofenol
Tolueno
m-Xileno
Zinc
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
1MJ de
fibra
1,69E-06
2,26E-06
7,81E-09
3,90E-07
1,43E-08
3,24E-08
1,05E-11
3,90E-07
1,56E-07
3,90E-07
1 MJ de
cáscara
2,22E-06
2,97E-06
1,03E-08
5,13E-07
1,88E-08
4,26E-08
1,38E-11
5,13E-07
2,05E-07
5,13E-07
100 ton
of RFF
5,73E-01
7,67E-01
2,65E-03
1,32E-01
4,85E-03
1,10E-02
3,57E-06
1,32E-01
5,29E-02
1,32E-01
3.4.3.5 Infraestructura y maquinaria
La infraestructura para el proceso de extracción de aceite y para la caldera se tomó de la base de
datos Ecoinvent. Los valores de la Tabla 67, se calculan para el procesamiento de 100 kg RFF y
dependen de la vida útil de la infraestructura y la capacidad de la instalación.
Tabla 67: Infraestructura del proceso del Molino de aceite de palma (Fuente: CUE con base en las visitas de campo)
Proceso
Extracción
aceite
Caldera
Turbina
Cantidad
Unidad
Nombre Ecoinvent
1,00E-04
Planta
Extractora de aceite/CH
8,67E-05
Planta
Unidad de cogeneración 6400kWth, quema de leña, construcción/CH
3,47E-04
Planta
3,47E-04
Planta
Unidad de cogeneración 6400kWth, quema de leña, componentes
comunes para calor+ electricidad/CH
Unidad de cogeneración 6400kWth, quema de leña, componentes
solo para electricidad /CH
3.4.3.6 Transporte
El transporte de los RFF desde la granja hasta la planta de extracción ya está considerado en el
proceso de cultivo de palma de aceite, el transporte de la maquinaria y el equipo está integrado en el
conjunto datos de la infraestructura.
3.4.4 Refinería y planta de Biodiesel
3.4.4.1 Descripción del sistema
En la Figura 33, se presenta un resumen esquemático de una planta de biodiesel promedio en
Colombia. El procesamiento incluye la refinación de aceite crudo, la transesterificación y purificación
del biodiesel.
84
Figura 33: Resumen esquemático sobre el proceso de refinación de aceite de palma y la producción de biodiesel
(fuente: www.manuelita.com)
En la Tabla 68, se presenta una descripción detallada de cada paso del proceso.
Tabla 68: Descripción del proceso de refinación de aceite de palma y del proceso de biodiesel (Fuente: CUE con base
en las visitas de campo)
Proceso
Figura
Descripción
1. Refinería
El aceite crudo se filtra, blanquea y desodoriza (aceite de palma
refinado, blanqueado y desodorizado, o RBD) empleando ácido
cítrico y tierras de blanqueo.
2. Produccion de
biodiesel
El aceite refinado puede emplearse para producir biodiesel. En el
proceso de transesterificación, los ésteres son transformados
empleando metanol y un catalizador con el objetivo de producir
biodiesel y glicerina como subproducto.
3. Producción de
glicerina refinada
La glicerina puede ser utilizada cruda o refinarla hasta grado tecnico
o USP, dependiendo del mercado al que se deba enviar. Para su uso
en la industria cosmética o farmaceutica debe ser refinada hasta
grado USP.
85
3.4.4.2 Materias primas y demanda energética.
En la Tabla 69 y Tabla 70 se presentan los materiales de entrada para los procesos de refinación y
producción de biodiesel por tonelada de biodiesel de Palma.
Tabla 69: Materias primas y requerimientos de energía de la refinería para producir 1ton biodiesel (Fuente: CUE con
base en las visitas de campo).
Entrada
Ácido cítrico
Arena de blanqueo
NaOH
Agua
Vapor
Unidad
ton
kg
kg
Escenario: "Promedio y optimizado"
1,04
0,77
5,01
kg
kWh
kg
kg
0,34
14,09
179,24
477,27
Tabla 70: Materias primas y requerimientos de energía de la planta de biodiesel para producir 1ton biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de campo).
Entrada
Aceite refinado
Metanol
Metóxido de Sodio
Ácido acético
Ácido cítrico
Ácido sulfúrico
Ácido clorhídrico
Hidróxido de sodio
N2 gas
Ácidos grasos
Vapor
Unidad
ton
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
m3
kg
kWh
kg
Escenario: "Promedio y optimizado"
1,00
108,65
18,15
0,63
0,68
0,18
7,69
0,48
2,23
11,92
28,18
361,42
3.4.4.3 Proceso de producción y subproductos
En la Tabla 71 y Tabla 72 se presentan las salidas de los procesos de refinación y producción de
biodiesel por ton biodiesel. Las salidas del proceso de refinación (aceite refinado y ácidos grasos) se
utilizan en el proceso de biodiesel, mientras que las aguas residuales y la tierra blanqueada es tratada
y dispuestas respectivamente.
Tabla 71: Salidas de la planta de refinación de aceite por 1 ton biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de
campo)
SALIDA
Aceite refinado
Tierras de blanqueo
Ácidos grasos
Unidad
kg
kg
kg
1.003,47
6,85
35,87
SD
24,52
0,83
3,52
1.003,47
6,85
35,87
86
SALIDA
Unidad
SD
kg
146,99
104,39
146,99
Agua residual
En la planta de biodiesel no sólo se produce biodiesel, sino también glicerina cruda y otros
subproductos como jabones.
Tabla 72: Salidas de la transesterificación de la planta por 1 ton biodiesel de Palma (Fuente: CUE con base en las
visitas de campo).
SALIDA
Unidad
SD
kg
kg
kg
kg
kg
kg
1.000,0
137,4
50,8
76,2
1,3
0,4
0,0
40,3
47,4
66,8
0,7
0,7
1.000,0
137,4
50,8
76,2
1,3
0,4
Biodiesel
Glicerina cruda
Jabón
Agua residual
Sedimentos
Pérdida de metanol
3.4.4.4 Generación de energía
El vapor utilizado en el proceso de transesterificación tiene una presión media de 1.000 a 1.500 kPa y
una temperatura de 300°C. El consumo de energía está alrededor de 900 MJ por tonelada
de biodiesel. En este estudio se asume que el vapor para el proceso de transesterificación y refinación
se produce a partir de carbón. En este sentido y con el objetivo de mostrar el potencial de
optimización, se considera que la producción de biodiesel emplea vapor a partir de residuos
orgánicos (fibras y cáscaras).
3.4.4.5 Infraestructura y maquinaria
La infraestructura para el proceso de refinación y transesterificación se ha tomado de la base de
datos Ecoinvent "planta de esterificación de aceites vegetales". Teniendo en cuenta la esperanza de
vida (50 años) y la capacidad de la instalación, se utilizan 9E-07 piezas por cada kg de biodiesel.
3.4.4.6 Distancias de transporte
La distancia desde la planta de extracción hasta la refinería de aceite es en promedio de 68 kilómetros.
Usualmente, el aceite se transporta en camión> 32Ton. Los insumos empleados en el proceso de
refinación son transportados, en general, sobre grandes distancias (por ejemplo, la tierra de
blanqueo se importa), pero en comparación con el proceso de transesterificación la cantidad
de insumos químicos empleados por tonelada de biodiesel de palma son muy bajos. Debido a que la
refinería generalmente se encuentra al lado de la planta de biodiesel, el aceite no se transporta en
camiones.
87
Tabla 73: Distancias de transporte para la refinación y transesterificación del aceite de palma en ton.km. (Fuente:
CUE con base en las visitas de campo).
Producto
Insumos para refinería
Aceite refinado
Insumos para transesterificación
Total
Vehículo
transporte, camión>32t, EURO3
70,1
3,6
67,6
141,3
Unidad
tkm
tkm
tkm
tkm
tkm
Barco de carga
10,0
771,7
781,7
3.4.5 Purificación de la Glicerina
La glicerina resultante en la producción de biodiesel es glicerina cruda que contiene diferentes
sustancias. La purificación de la glicerina (hasta el 99%) es complicada ya que ésta tiene un alto punto
de ebullición y por lo tanto la destilación es muy intensa energéticamente. La destilación por
purificación de solventes es un proceso muy costoso.
Figura 34: Proceso de purificación de la glicerina (fuente: www.manuelita.com)
Los datos de inventario suministrado en seguida basan en informaciones de solo una compañía. Sin
embargo, el proceso de la purificación de glicerina es altamente estandarizado así que no se deben
esperar grandes diferencias.
3.4.5.2 Materias primas y requerimiento de energía
Los
valores
de
las
materias
primas
y del
consumo
de
energía están
expresados
por
tonelada producida de Biodiesel de palma (alternativamente por 0,1 ton de glicerina purificada).
88
Dado que en Colombia sólo 2 de las 4 plantas consideradas en este estudio cuentan con la tecnología
para la refinación de glicerina y que solo una de ellas reportó los datos correspondientes a esta etapa,
los datos que se presentan en la Tabla 74 y Tabla 75 fueron empleados para el escenario optimizado.
Tabla 74: Entrada al proceso de purificación de glicerina por ton biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de
campo)
Entrada
Glicerina cruda
Carbón activado
NaOH
Agua
Vapor
Unidad
kg
kg
kg
kg
kg
kWh
114
0,83
0,64
235
241
17,360
3.4.5.3 Productos y subproductos
Tabla 75: Salida del proceso de purificación de glicerina por ton biodiesel de palma.
SALIDA
Unidad
Valor
Disposición
Glicerina purificada
ton
0,1026
Venta
Residuos
Carbón activado
Agua residual
ton
ton
ton
0,00903
0,00084
0,24
Relleno sanitario
Relleno sanitario
Tratamiento aguas residuales
Debido a que en Ecoinvent no hay planta de purificación de glicerina, se empleó una fábrica de
productos químicos orgánicos estándar para el modelo (4.00E-07 porciones de una "planta química,
orgánicos / p / RER / I").
3.4.5.5 Transporte
El carbón activado es importado desde el extranjero y el Hidróxido de sodio es transportado sobre una
distancia de 530 km en camión.
3.4.6 Tratamiento de Aguas Residuales
La mayor cantidad de aguas residuales son generadas durante el proceso de extracción de aceite en la
planta de extracción. El agua residual contiene altas cantidades de materia orgánica y se trata,
generalmente, en lagunas abiertas.
89
Figura 35: Sistema de tratamiento de aguas de laguna abierta (izquierda) y su superficie (derecha). (Fuente: CUE)
A pesar de que la demanda química de oxígeno (DQO) de las aguas residuales se reduce
drásticamente, el sistema de tratamiento tiene la desventaja de que emite altas concentraciones
de metano, un potente Gas Efecto Invernadero (GEI). Por lo tanto, la federación de la industria de la
palma de aceite presentó un Documento de Diseño del Proyecto (PDD, siglas en inglés) de proyecto
de Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) a la UNFCCC con el objetivo de capturar metano y
quemarlo mediante
el
uso
de un
reactor anaerobio cerrado (Fedepalma
2006).
En
este
estudio, la captura de metano futuro se tiene en cuenta en el "escenario optimizado".
En general, el inventario se realizó con base
en el proceso de Ecoinvent "Tratamiento, aguas
residuales, de residencias, para tratamiento de aguas residuales, clase 2", mientras que la composición
de DQO, la cantidad de aguas residuales y las emisiones de metano se modelaron para las
condiciones colombianas. La unidad funcional es agua residual tratada para el procesamiento de 100
ton de RFF.
3.4.6.2 Entrada
La cantidad de aguas residuales y el contenido de DQO de las aguas residuales se han tomado de
las diferentes plantas de
procesamiento
de RFF y
se
presentan
en
la
Tabla
76. Las
aguas
residuales principales se generan en el proceso de extracción.
Tabla 76: Aguas residuales totales y contenido de DQO por 100 ton FFB tratados (Fuente: CUE con base en las
visitas de campo).
Entrada
Agua residual total
Contenido de DQO
Agua residual extracción
Contenido de DQO
Agua residual refinería
Contenido de DQO
Agua residual transesterificación
Contenido de DQO
Unidad
Ton
Ton
Ton
Ton
Ton
Ton
Ton
Ton
Cantidad
106,60
5,23
99,60
5,19
3,92
0.02
3,08
0,02
90
3.4.6.3 Efluentes y emisiones
Después del tratamiento de aguas residuales, el agua se dirige a las aguas superficiales (ríos,
principalmente). El contenido de DQO se basa en mediciones y las emisiones de metano se calcularon
con base en la eliminación de DQO (factor de 21%). Para el escenario optimizado, donde el 85% del
metano es capturado y quemado, se utilizaron los valores del PPD (Documento de Diseño del
Proyecto).
Tabla 77: Cantidad de agua residual tratada y emisiones de metano por 100 ton FFB de 100 toneladas (Fuente: CUE
con base en las visitas de campo).
Salida
Agua residual total
Contenido de DQO
Remoción de DQO
Metano
Unidad
ton
ton
ton
ton
Promedio
68,69
0,32
4,91
1,03
Optimizado
68,69
0,32
4,91
0,05
Además de las emisiones de metano, también se consideraron otras emisiones
utilizando la
infraestructura en la cual se basa el conjunto de datos de Ecoinvent "Tratamiento, aguas residuales, de
residencia, para tratamiento de aguas residuales, clase 2".
3.4.7 Aplicación en la tierra de los residuos
La tusa, las cenizas de la caldera y, a veces también una pequeña parte de las fibras y las cáscaras
son compostados o aplicadas directamente en el campo. Se asume la aplicación directa en el campo,
ya que es la práctica dominante.
3.4.8 Visión General del Inventario y asignación
En la sección siguiente están suministrados los flujos principales de materiales, los precios y los valores
energéticos, cuales determinan los factores de asignación.
3.4.8.1 Flujo de masa de la cadena de valor del biodiesel
Con base en los datos de las visitas de campo, en Colombia, se producen alrededor de 20,3 toneladas
de biodiesel por 100 ton RFF. Además, se produce alrededor de 2 toneladas de aceite de
palmiste, 2,9 toneladas de torta de palmiste y 2.9 toneladas de glicerina crudo. Además, pequeñas
cantidades de jabones salen del proceso de biodiesel.
91
El siguiente diagrama de flujo solo incluye los flujos de masa principales entrando y saliendo el
proceso de biodiesel de palma. Productos usados internamente (p.ej. fibras y cuesco) así no aparecen
en el diagrama. Además, el diagrama reflecta la situación generalizada en Colombia y diagramas
específicos de plantas visitadas están levemente diferentes. Por ejemplo sólo dos plantas de biodiesel
disponen de una planta de purificación de glicerina.
100t
RFF
2 t Aceite de palmiste
Fábrica aceite de
palma
2.9 t Torta de palmiste
0.6 t Ceniza
21.3 t Tusa
100 t
AR
69 t
AR
21.4 t
Aceite crudo
Tratamiento de
aguas
Refinería
4t
AR
20.9 t
0.7 t
Aceite refinado Ácidos grasos
Transesterificación
2.9 t
Glicerol crudo
Purificación de
glicerol
3t
AR
2.6 t
Purif. glicerol
1 t Jabones
20.9 t
Biodiesel
Figura 36: Flujo de masa en la producción de biodiesel por cada 100 toneladas de RFF. (Fuente: CUE con base en las
visitas de campo)
3.4.8.2 Factores de asignación
Como se muestra en la Figura 36, la cadena de valor de biodiesel de palma está compuesta de varias
cadenas de valor con múltiples salidas, por lo tanto, se deben asignar los subproductos. La asignación
de los diferentes productos se llevará a cabo económicamente. Por lo tanto, se tienen en cuenta el
precio promedio de 2009 y el del primer semestre de 2010.
Los factores de asignación se calculan multiplicando la cantidad de una salida con su precio
(asignación económica) o con su contenido de energía (asignación energética), y luego se determina
el aporta en el valor total de todas las salidas (en %) para ambos casos.
92
Tabla 78: Factores de asignación para la producción de biodiesel (escenario: promedio). Fuente: CUE
Balance de masa
Cantidad
Unidad
100,00
ton
Aceite de palmiste
2,00
ton
Torta de palmiste
2,86
COP/unidad
%FA
MJ/unidad
%FA
85%
-
56%
1.878
6%
37,00
5.5%
ton
266
1.3%
19,10
4%
20,90
ton
2.463
85%
37,20
56%
2.87
ton
419
2.0%
25,30
5.5%
-
ton
2063
0%
19,00
0%
Jabón
1.06
ton
150
0.3%
37,00
3%
Tusa
21,34
ton
152
5.4%
16,80
26%
Entrada
Salida
Biodiesel
Glicerina cruda
Tabla 79: Factores de asignación de factores para la producción de biodiesel (escenario: optimizado). Fuente: CUE
Balance de masa
COP/unidad
Cantidad
Unidad
Cantidad
Unidad
100,00
ton
Aceite de palmiste
2,00
ton
1.878
5.8%
37,00
6%
Torta de palmiste
2,86
ton
266
1%
19,10
4%
20,90
ton
2.463
80%
37,20
57%
-
ton
419
0%
25,30
0%
2.59
ton
2063
8%
19,00
4%
Oleína
1.06
ton
150
0.2%
37,00
3%
Tusa
21,34
ton
152
5%
16,80
26%
Entrada
80%
57%
Salida
Biodiesel
Glicerina cruda
3.4.8.2.1 Asignación económica
Para obtener los Factores de Asignación (%FA) mencionados en la Tabla 78 se utilizaron los siguientes
valores económicos.
93
Tabla 80: Valores económicos de los productos de los RFF de la palma.
Producto
Aceite de
palmiste
Torta de
palmiste
Biodiesel
Glicerina
cruda
Glicerina
purificada
Jabones
Tusa
Valor
1.878
266
2.463
Unidad
COP/kg
COP/kg
COP/kg
COP/kg
419
COP/kg
2.063
150
152
COP/kg
COP/kg
Descripción
Precios promedio desde 2007
hasta 2009
hasta 2009
hasta 2009
Basado en precios
internacionales del mercado
2007 a 2009
Basado en precios
internacionales del mercado
2007 a 2009
2011
2011
Referencia
Anuario estadístico 2009 (Fedepalma
2009)
Anuario estadístico 2009 (Fedepalma
2009)
MinMinas
http://www.icispricing.com
http://www.icispricing.com
Comunicación personal con BioSc
Comunicación personal con Cenipalma
3.4.8.2.2 Asignación Energética
Ahora bien, los siguientes datos se utilizan para el análisis de sensibilidad de los resultados, al usar la
asignación energética, como se menciona en el capítulo 2.1.3.
Tabla 81: Valores energéticos de los productos de los RFF de la palma.
Producto
Valor Unidad Descripción
Aceite de palmiste 37,00 MJ/kg
Torta de palmiste
19,10 MJ/kg
Biodiesel
37,20 MJ/kg
Glicerina cruda
25,30 MJ/kg
El mayor valor de la glicerina
cruda se explica debido a la
Glicerina purificada 19,00 MJ/kg
presencia de metanol y trazas de
biodiesel en la muestra
Jabones
37,00 MJ/kg
Tusa
16,80 MJ/kg
Referencia
(O'Mara, Mulligan et al. 1999)
Ecoinvent
http://www.esru.strath.ac.uk
http://www.esru.strath.ac.uk
Suposición
3.5 Transporte a la estación de servicio
El conjunto de datos incluye el transporte del combustible desde la planta de procesamiento hasta la
estación de servicio en Bogotá, teniendo en cuenta las distancias y los vehículos de transporte real. Los
datos fueron recolectados empleando las tablas de distancia de transporte estándar y entrevistas con
expertos (vehículo de transporte).
3.5.1 Transporte de etanol de caña de azúcar a la estación de servicio en Bogotá
El etanol se mezcla en la planta de etanol con un 2% de gasolina antes de que la mezcla E98 sea
transportada a la estación de mezcla en Bogotá (Puente Aranda). La distancia de transporte promedio
94
es de 490 km y es transportado por un carro tanque (nombre Ecoinvent: transporte, camión> 16
toneladas, flota promedio / RER U).
Además, se consideró la distribución del combustible a la estación de servicio en el centro de la
ciudad de Bogotá. Por lo tanto, el proceso estándar de Ecoinvent "distribución regional, productos del
petróleo / RER /I U". También se consideró la operación de los tanques de almacenamiento y de la
estación de gasolina. Esto también incluye las emisiones de evaporación y el tratamiento de efluentes.
3.5.2 Transporte del biodiesel de palma hasta Bogotá
El biodiesel es generalmente transportado por un carro tanque. Las distancias de transporte desde las
plantas de biodiesel específicas a la estación de mezcla en Bogotá (Puente Aranda) son:
• Biocombustibles Sostenibles del Caribe (Santa Marta):
960 kilómetros
• Oleoflores Codazzi, Cesar:
814 kilómetros
• BioD, Facacativá:
46 kilómetros
• Aceites Manuelita, San Carlos de Guaroa
171 kilómetros
3.5.3 El transporte de etanol de caña de azúcar a California
El etanol puede ser transportado desde Buenaventura a California (LA). En primer lugar, las diferentes
plantas de etanol
requieren un transporte por camión sobre una distancia promedio de 129
kilómetros. La distancia de transporte desde Buenaventura a El Puerto de Los Ángeles es 4.903
kilómetros. El transporte desde el puerto marítimo a la estación de gasolina se supone que es de 100
km.
Figura 37: Distancia desde Buenaventura a Los Ángeles, 4903 km. (Fuente: http://www.searates.com)
3.6 Transporte del biodiesel de palma a California
El biodiesel de palma debe ser transportado desde Santa Marta a California (LA). En primer lugar, debe
ser transportado por camión desde la planta de producción en Codazzi, Santa Marta y San Carlos
de Guaroa.
95
Tabla 82: Distancias de transporte desde las plantas de biodiesel hacia el puerto marítimo en Santa Marta (Fuente:
INVIAS 2006).
Compañía
OLEOFLORES
BIOCOMBUSTIBLES
SOSTENIBLES DEL CARIBE
MANUELITA
BioD
Región
Codazzi, Cesar
Santa Marta,
Magdalena
San Carlos de
Guaroa, Meta
Bogotá
Distancia hasta el puerto marítimo de Santa Marta (km)
330
10
1300
960
En segundo lugar, el biodiesel debe ser transportado por buque tanque una distancia de 5.314
kilómetros, desde
Santa Marta al puerto marítimo en Los Ángeles. El transporte
desde el
puerto marítimo a la estación de servicio en California se supone que es 100 km.
Figura 38: Distancia desde Santa Marta a Los Ángeles, 5314 km. (Fuente: http://www.searates.com)
3.7 Uso de los combustibles en vehículos
3.7.1 Selección de los vehículos
Para permitir una comparación del uso de diferentes biocombustibles, se necesitan vehículos de
referencia. Obviamente no se puede comparar directamente un km de operación de un vehículo
liviano y eficiente (por ejemplo un carro compacto de ciudad) con un km de operación de un vehículo
pesado y ineficiente (por ejemplo una camioneta) porque la cantidad del combustible necesario será
muy diferente en términos absolutos. Sin embargo, si se comparan impactos ambientales relativos
entre combustibles fósiles y biocombustibles del mismo carro, estas reducciones relativas se pueden
comparar.
96
El consorcio CUE propuso escoger el carro estándar de referencia de Ecoinvent (ecoinvent centre 2009)
para el uso en Colombia y en otros países. Los datos para el inventario de este carro se basan en el
Volkswagen Golf, un modelo no común en Colombia. Por esta razón en este estudio se seleccionó un
vehículo más representativo para el mercado Colombiano como el Renault Logan.
En seguida están descritos los vehículos, una lista complete de los inventarios esta suministrada en el
anexo 7.3.
3.7.2 El uso de combustible en un Renault Logan.
3.7.2.1 Descripción del sistema
El Renault Logan fue elegido como el vehículo representativo para el mercado colombiano. El Renault
Logan es un vehículo de clase media para cinco personas y tiene un baúl de 510 litros.
Figura 39: Renault Logan (Fuente: www.renault.com)
El Renault Logan se fabrica en la planta de SOFASA en Medellín / Envigado, mientras que las piezas
individuales del vehículo son importadas de la fábrica de Renault / Dacia en Rumania.
En Colombia, el Renault Logan se ha vendido, hasta el momento, con motores de gasolina (1.4 L 75
HP y 1.6 L 90 HP). Sin embargo, en otros mercados el mismo modelo se vende con motores diesel. Los
motores cumplen con las emisiones clase Euro4. En este estudio, se supone que el consumo
energético del Renault Logan es:

Modelo de Gasolina: 1.6L 90HP: 7.56 l/100km operando en una mezcla ‘mundo real’ (50 km/gal)

Modelo Diesel: 1.5 cDi 85HP: 5.29 l/100km operando en una mezcla ‘mundo real’ (72 km/gal).
97
La notación ‘mundo real’ significa que los consumos reales son más altos que los consumos indicados
en las especificaciones de los productores de carros. Estas especificaciones se basan en mediciones en
condiciones estandarizadas de banco de prueba.
En comparación con otros vehículos, el Renault Logan tiene un peso relativamente ligero, tanto para la
versión a gasolina (980kg) como para la versión diesel (1065kg)
Tabla 83: Especificación del Renault Logan (Fuente: www.renault.com, cálculos realizados por CUE)
Parámetro
Consumo de combustible Colombia
Combustible estándar 99/100 EC NEDC
Real-world and technology adaption
Consumo de combustible, mundo real
unidades SI
Peso en orden de marcha
1.4L
75hp
Euro4
46
78
3,7854
8,23
4,85
9,6
5,4
7,0
1,05
1.6L
90hp
Euro4
43
76
3,7854
8,80
4,98
10,0
5,6
7,2
1,05
1.5L cdi
70hp
Euro4
1.5L cdi
85hp
Euro4
3,7854
3,7854
5,0
4,3
4,5
1,15
5,3
4,2
4,6
1,15
l/100km
7,35
7,56
5,18
5,29
kg
HP
kW
g/km
975
75
55,0
165
980
90
65,0
170
1065
70
50,0
120
1075
85
63,0
120
Unidad
km/gal urbano
km/gal extraurbano
litros por galón
l/100km urbano
l/100km extraurbano
l/100km urbano
l/100km extra-urbano
l/100km combinado
-
Potencia
Emisión de CO2 (fabrica)
El inventario se basa en la composición del Renault Logan con motor a gasolina y motor diesel. El
inventario de datos se basó en la especificación técnica suministrada por Renault (www.renault.com) y
datos del inventario de Ecoinvent cuando fue requerido para completar el conjunto de datos (por
ejemplo, para perfiles de emisión).
El chasis del modelo a diesel y el modelo a gasolina son idénticos, mientras que las transmisiones ("ICE
transmisión diesel” y “ICE transmisión gasolina”) se modelan individualmente.
La vida útil de los vehículos utilizados en este estudio se adaptó de 150.000 km a 300.000 km con el fin
de reflejar las condiciones colombianas.
Las emisiones se modelaron de acuerdo a la última versión de Ecoinvent (v2.3), la cual incluye los
valores para los biocombustibles. El inventario de emisiones fue adaptado de acuerdo al consumo de
energía de los vehículos empleados en este estudio.
98
Tabla 84: Inventario de emisiones para los diferentes modelos de transmisión del Renault Logan a gasolina. (Fuente:
CUE, basado en Ecoinvent v2.3 y Renault)
99
Tabla 85: Inventario de emisiones para los diferentes modelos de transmisión del Renault Logan a diesel (Fuente:
CUE, basado en Ecoinvent v2.3 y Renault).
100
3.7.2.2 Vehículo para la comparación internacional (California)
El vehículo para comparación internacional – un vehículo en California que funciona con combustibles
fósiles – es un vehículo estandarizado propuesto por Ecoinvent (ecoinvent centre 2009). El conjunto
de datos (inventario de ‘carro de pasajeros /RER/I U’) está basado en el Volkswagen Golf 4 que a
menudo es empleado en comparaciones internacionales de ACV y por tanto permite una referencia
transparente.
En comparación con el Renault Logan, el vehículo pesa 100 kg más, presenta un
consumo de combustible más alto y una vida útil más corta (150.000 km en EEUU, 300.000 km en
Colombia).
Vehículo
a
gasolina: El
consumo
de
energía y
el
perfil de
emisión
para
gasolina corresponde al conjunto de datos estándar Ecoinvent: “operación, automóvil
el vehículo
a
de pasajero,
gasolina, flota promedio 2010/km/RER”.
El consumo de combustible es: 0,060202 kg/km (8,03 L/100 km) en comparación con 0,0567 kg/km
(7,56 L/100 km) para el Renault Logan a gasolina.
Vehículo
a
diesel: El
consumo
de
energía y
el
perfil de
emisiones
para el
automóvil
diesel corresponde al conjunto de datos estándar Ecoinvent: “operación, automóviles de pasajeros,
diesel, flota promedio 2010/km/RER”.
El
consumo
de
combustible es: 0.055828 kg/km (6,65 L/100
km),
en
comparación
con
0,0444 kg/km (5,29 l/100 km) para el Renault Logan a diesel.
Independiente de las emisiones generadas por el consumo de combustible (CO 2, CO), los perfiles de
emisión del vehículo de California y el vehículo colombiano son similares. El vehículo colombiano
genera emisiones más bajas (por ejemplo, NOx) por el estándar de emisión EURO4.
101
Tabla 86: Inventario de emisiones de los vehículos de referencia en California, la gasolina y diesel (Fuente: Ecoinvent v2.2)
102
3.8 Combustibles fósiles
Dentro de esta sección, se describe el inventario del ciclo de vida de producción y transporte del diesel
de origen fósil y de la gasolina en Colombia y California (EEUU). Por lo tanto, se modela la cadena de
valor de las mezclas reales de combustible en Colombia y en California, teniendo en cuenta todas las
etapas del ciclo de vida (Figura 40). Además, los valores modelados para los combustibles fósiles en
Colombia y California son validados basados en los valores de publicaciones y opiniones de expertos.
Figura 40: Presentación esquemática sobre el ciclo de vida de los combustibles fósiles. (Fuente: CUE)
3.8.1 Producción de gasolina y diesel en Colombia
La referencia fósil específica de Colombia incluye la gasolina y el diesel. Para las emisiones de gases de
efecto invernadero, se utilizaron los valores suministrados por el estudio en profundidad de Ecopetrol
(véase
el
capítulo 3.8.5). Sin
embargo,
para otros
impactos
ambientales no
existe en
la
actualidad ningún dato de inventario, ni valores de impacto. Por lo tanto, se adaptaron conjuntos de
datos basados en datos existentes de Ecoinvent para Colombia, y se utilizaron para calcular otros
impactos ambientales diferentes al potencial de calentamiento global.
3.8.2 Extracción de petróleo crudo
Colombia es un importante exportador neto de petróleo. De acuerdo con la Agencia Internacional de
Energía19, Colombia es un exportador neto de petróleo crudo y la importación de productos refinados
(gasolina y diesel) es despreciable (IEA 2007).
Tabla 87: Producción de combustibles fósiles en 1000 toneladas, 2007, Colombia (Fuente: (IEA 2007).
Unidad - 1000ton
Producción
De otras fuentes
Importaciones
Exportaciones
Búnkeres de barcos internacionales
Búnkeres de aviones internacionales
Cambios de inventario
Petróleo crudo
27.345
0
401
-11.681
0
0
502
Motor: Gasolina
3.164
0
1
-363
0
0
200
Gas/Diesel
4.395
0
285
0
-367
0
-109
19
La Agencia internacional de Energía (IEA, por sus siglas en inglés) es una organización autónoma, la cual trabaja para asegurar una energía confiable, asequible y limpia para sus 28 países miembro y mas allá. La sede está en París (www.iea.org).
103
Unidad - 1000ton
Suministro doméstico
Petróleo crudo
16.567
Motor: Gasolina
3.002
Gas/Diesel
4.204
En 2009, las reservas nacionales fueron de 1,39 billones de barriles equivalentes de petróleo.
La producción de petróleo crudo promedio en 2009 fue de 670.000 barriles por día y desde hace
algunos años está aumentando gradualmente (EIA 2009). La evolución de las reservas de crudo y de la
producción se muestra en la Figura 41.
Figura 41: Reservas y producción colombiana de petróleo (Ecopetrol 2008).
Tecnología de extracción de petróleo crudo.
La extracción de petróleo crudo se realiza básicamente en tierra (onshore), mientras que sólo
existe un yacimiento en aguas profundas (offshore) "Chuchupa", en el cual se extrae gas natural. En
general, el gas natural emitido debido a la extracción de petróleo crudo se quema, como se muestra
en la Figura 42.
Figura 42: BCM (izquierda) e imagen de satélite (derecha) de la quema de gas en Colombia (NOAA 2009)
104
El
proceso
de Ecoinvent "petróleo
crudo, a Producción/RME
U" se
empleó
como la
aproximación para las condiciones de Colombia (Jungbluth 2007).
3.8.3 Refinación
En Colombia, cerca
del
74% del
Barrancabermeja en Santander.
Las
petróleo
refinerías en
crudo se
refina
Colombia operan
en la
al
refinería
95% de
la
de
capacidad
instalada (MME and UPME 2010). Recientemente Ecopetrol abrió una planta de tratamiento hídrico en
la refinería de Barrancabermeja, con el objetivo de producir diesel y gasolina de 50 y 300 partes por
millón (ppm) de azufre respectivamente (Ecopetrol 2009).
Figura 43: Cargas de las refinerías de Colombia (izquierda) y refinería de Barrancabermeja (derecha) (Ecopetrol
2009).
Para los gases de efecto invernadero, se consideraron los factores de emisión de Ecopetrol. Sin
embargo, otros valores de impacto ambiental se basan en los datos promedio del conjunto de datos
en Ecoinvent de una refinería europea ("diesel, bajo azufre20, en la refinería kg/RER U" y "gasolina,
bajo azufre, en la refinería/kg/RER"(Jungbluth 2007). Se supone que las distancias de transporte del
petróleo crudo desde los campos petroleros hasta la refinería son de 493 kilómetros, vía oleoductos
(Ecopetrol 2011).
20
Bajo azufre = 50 ppm S
105
3.8.4 Transporte a la estación de servicio
El diesel es transportado por poliductos desde la refinería hasta la estación de mezcla de Puente
Aranda en Bogotá. El proceso de transporte desde la refinería se basa en datos de alta calidad
suministrados por Ecopetrol, relativos a las emisiones de GEI, y las emisiones remanentes y entradas se
basan en datos por defecto de Ecoinvent21. La distancia de transporte se adaptó a 509,07 km de
acuerdo a las condiciones de Colombia (Ecopetrol 2011). Cabe anotar que lo anterior es una
suposición considerada dentro del estudio de ACV, la cual no describe completamente el transporte
de refinados por Ecopetrol en Colombia.
Ecopetrol continuó cumpliendo su compromiso de mejorar la calidad del combustible mediante la
distribución de diesel con bajo contenido de azufre. En 2009, el contenido de azufre del diesel
en Bogotá fue inferior a 500 partes por millón (ppm), lo que se conoce como diesel de bajo azufre
(LSD). En el resto del país, a partir de enero de 2009, se redujo de 3000 ppm a menos
de 2.500 ppm. Esta información corresponde al inventario de Ecopetrol a partir de 2008, el cual no
incluye la planta de hidrotratamiento. La planta de hidrotratamiento inició operación al principio de
2010, lo cual condujo a una reducción del contenido de azufre. Desde 2008, la norma oficial
sobre especificaciones para los combustibles cambió (ver Figura 44). Por ejemplo, el contenido de
azufre en el primer semestre del 2008 fue 4000 ppm de S, en el segundo semestre de 2008 fue
3000ppm de S, en 2010/2011 fue 500 ppm de S, y en 2013 el contenido de azufre debe reducirse a 50
ppm. No obstante, las grandes ciudades y los sistemas de transporte masivo en Colombia están
suministrando diesel de bajo azufre desde el año 2011.
Figura 44: Contenido de azufre del diesel en Bogotá y el resto del país (Ecopetrol2009).
21
Esto también incluye la distribución de los combustibles de la estación de mezcla a la estación de servicio (con base en la
distribución regional, producto de aceite/RER)
106
3.8.5 Estudio de Ecopetrol sobre las emisiones de GEI de los combustibles fósiles
En 2010, Ecopetrol realizó un estudio de ACV sobre las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI)
relacionadas a la producción de combustibles fósiles (gasolina regular y diesel) en Colombia.
El
estudio se llevó a cabo para combustibles con especificaciones locales para el año 2008 presentadas
en la Tabla 88.
Tabla 88: Especificaciones del combustible del estudio Ecopetrol.
Propiedades refinadas
Azufre (ppm) – (S)
PCI (MJ/kg)
Densidad (kg/m3)
Gasolina regular de motor (Promedio 2008)
610
45,14
742,20
Diesel Regular (Promedio 2008)
2850
45,45
851,20
En el estudio de Ecopetrol, las emisiones de GEI, como dióxido de carbono, metano y óxido nitroso, se
cuantifican para las diferentes etapas del ciclo de vida. Las emisiones se calcularon a partir de los
valores medidos y los valores no medidos se calcularon empleando protocolos para el inventario
de GEI en la industria de petróleo y gas. Las fases del ciclo de vida incluyen la extracción de
petróleo crudo, el transporte a las instalaciones de refinación, la refinación y el transporte de
combustible a la estación de mezcla (Puente Aranda en Bogotá), mientras que la distribución del
combustible a la estación de servicio y la infraestructura (es decir, edificios y maquinarias ) están fuera
del alcance del estudio.
El impacto de la producción de combustibles fósiles se calcula a partir de la metodología del
IPCC "para el potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés) para 100 años". Los
resultados muestran que la gasolina regular en la estación de mezcla tiene un GWP correspondiente a
de 10.3 g de CO2 equivalentes por MJ y para el diesel 10.5 g de CO2 equivalentes por MJ. Además, la
demanda acumulada de energía para el diesel (1.22 MJ por MJ) y para la gasolina (1.19 MJ por MJ).
Estos valores se usarán como punto de referencia para este estudio.
3.8.6 Producción de gasolina y diesel en California
La
cadena
de
valor de
la
gasolina y
el
diesel que
se
consumen
en California es
principalmente modelada a partir de información de la Comisión de Energía de California (Sheridan
2006). La capacidad de refinación de petróleo y diesel es mayor al consumo y por lo tanto se asume
que todo el diesel y petróleo empleado en California es refinado en las refinerías locales. Sin embargo,
debido a la creciente demanda y la disminución de la extracción local de petróleo crudo, más petróleo
crudo debe ser importado.
107
Figura 45: Suministro de petróleo crudo a las Refinerías de California (Sheridan2006).
En la siguiente sección, se describen la fuente de petróleo crudo y los procesos involucrados y se
construye el inventario.
3.8.6.1 Extracción de petróleo crudo
Alrededor del 34% del petróleo crudo refinado en California se extrae a nivel nacional, mientras que el
21% se importa desde Alaska y el 45% de otros países. El 7% de la extracción de petróleo crudo
nacional de California está en yacimientos en tierra (Conservation 2008). En Alaska el 75% del petróleo
crudo se extrae en tierra (Resources 2010). Las importaciones de crudo se derivan principalmente de
Oriente Medio y América Latina.
Tabla 89: Composición petróleo crudo de California (incluyendo transporte y suposiciones de proceso de Ecoinvent).
(Fuente: CUE)
Fuente de
crudo
California
California
California
Alaska
Alaska
Alaska
Extranjero
Arabia Saudita
Iraq
Ecuador
Otros
Cuota
34%
32%
2%
21%
16%
5%
45%
11%
8%
8%
18%
Tecnología de
extracción
Transporte
(km)
Producción en tierra
Producción en costa
200
200
Petróleo crudo, Producción en tierra/RME S
Petróleo crudo, Producción en costa/GB U
Producción en costa
3.032
3.032
Petróleo crudo, Producción en tierra /RME S
Petróleo crudo, Producción en costa/GB U
-
18.357
21.417
5.978
6.103
Petróleo crudo, Producción en tierra /RME U
Petróleo crudo, Producción en tierra /CO U
Procesos Ecoinvent
108
3.8.6.2 Refinación
Debido a la falencia de datos del proceso específico de refinación de EE.UU., se tomaron los datos
promedio para una refinería europea como una forma de aproximación a la base de datos Ecoinvent
("diesel de bajo azufre22,, a la refinería kg/RER U" y "gasolina de bajo azufre, a la refinería / kg / RER U)
(Jungbluth 2007).
3.8.6.3 Transporte a la estación de servicio
Las refinerías de California se encuentran en el área de la Bahía de San Francisco, la zona de Los
Ángeles y el Valle Central. La distancia de transporte promedio se asumió en 100 km.
3.9 Producción de electricidad
El inventario para la electricidad de bajo, medio y alto voltaje en Colombia se calcula con base en la
mezcla publicada por la Agencia Internacional de Energía (IEA 2008) y el impacto en la transmisión.
Para la producción de electricidad y los procesos de trasmisión se toman los procesos de Ecoinvent
válidos para la UCTE (Frischknecht and Faist Emmenegger 2007).
Tabla 90: Mezcla de electricidad para Colombia, de IEA (IEA 2008).
Producción de:
GWh
%
Ecoinvent
Carbón
3,045
5,4%
Electricidad, carbón, planta de energía /UCTE U
Combustibles líquidos
151
0,3%
Electricidad, combustibles líquidos, planta de energía/UCTE U
Gas
5,781
10,3%
Electricidad, gas natural, planta de energía/UCTE U
Biomasa
590
1,1%
Electricidad, bagazo, caña de azúcar, en refinerías/BR U
Agua
46,403
82,8%
Electricidad, planta hidroeléctrica /CH U
Viento
54
0,1%
Electricidad, planta de energía eólica/RER U
Total Producción
56,024
100,0%
-
Los valores de emisión de energía eléctrica Colombiana fueron adaptados mediante los inventarios de
Ecoinvent, y se presentan en la Tabla 91.
Tabla 91: Factores de emisión para la producción y transmisión de electricidad utilizada en este estudio. Fuente:
CUE con base en las visitas de campo).
Categoría de impacto
IPCC GWP 100a
Unidad
kg CO2 eq
Voltaje medio
0,166
Voltaje bajo
Voltaje alto
0,188
0,162
Mezcla
0,158
22 Bajo azufre = 50ppm S
109
El impacto actual de la mezcla de electricidad en Colombia depende de la generación diaria en
centrales térmicas e hidroeléctricas. En la Figura 46, las emisiones de CO2 se calculan con base en los
datos de energía eléctrica publicados diariamente por XM Expertos23 (XMexpertos 2010). Tomando en
cuenta el consumo diario de carbón, diesel y gas natural, así como las pérdidas por transmisión, los
factores de emisión oscilan entre 0.035 y 0.44 kg de CO2 eq. por kWh. En promedio el factor de
emisión está entre 0.13 y 0.18 kg de CO2 eq. por kWh, lo cual se ajusta bien con los valores de
emisión presentados en la Tabla 91.
Figura 46: Factores de emisión de electricidad en Colombia en 2009 (izquierda) y2010 (derecha) en kg de
CO2 equivalentes por kWh (XMexpertos 2010).
23
XM Compañía de Expertos en Mercados S.A ESP es una filial del grupo empresarial ISA, encargada de prestar los servicios
de planeación y coordinación de la operación de los recursos del Sistema Interconectado Nacional y la administración del sistema de intercambios comerciales de energía eléctrica en el Mercado Mayorista, así como la liquidación y administración de
los cargos por uso de las redes del sistema interconectado nacional. Igualmente, presta servicios especializados afines para
diferentes sectores productivos del país y la región. Fuente: www.xm.com.co
110
4 Evaluación de Impactos
Como se menciona en la sección 2.3 de este documento se evaluó el potencial de calentamiento global (cambio climático), el cual se define como el impacto de las emisiones humanas en el forzamiento
Radiactivo (es decir, absorción de la radiación de calor) de la atmosfera. Este modelo se conoce como
Potencial de Calentamiento Global, creado por el IPCC en 1990, que convierte los datos de las emisiones de ciertos gases (gases efecto invernadero) generados durante el ciclo de vida analizado en este
estudio a Kg de CO2 equivalente, mediante factores de caracterización (ver 7.4).
Así mismo se evaluó la demanda acumulada de energía que como su nombre lo dice es la acumulación o sumatoria de fuentes de energía no renovable/fósil y/o energía no renovable nuclear y se expresa en unidades térmicas Mega julios (MJ), para mas detalles consultar Frischknecht, R., N.
Jungbluth, et al. (2004).
Los impactos de punto medio de acidificación, eutrofización, eco-toxicidad, smog y material particulado, así como el impacto ambiental global se muestran y se discutan en el anexo 7.4.3.
4.1 Combustibles fósiles
4.1.1 Potencial de Calentamiento Global
En la
Figura 47, se muestra para los combustibles fósiles, tanto en Colombia como en California, las
emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en g de CO2 equivalentes por MJ de combustible
del pozo al tanque. Para producir y utilizar (combustión solamente) combustibles fósiles se emiten
alrededor 83 a 89 g de CO2 equivalentes. Las principales emisiones de gases de efecto invernadero
(GEI) son causadas durante la combustión (84 - 89%). Más allá, las emisiones están relacionadas con el
proceso de refinación (7 - 12%) y la exploración de aceite crudo y su extracción (3 - 5%), mientras
que el transporte de los combustibles a la estación de servicio es despreciable. En general, la
refinación de diesel libera menos GEI comparada con la refinación de gasolina (ya que se consume
menos energía para el diesel), no obstante, el diesel fósil emite más CO2 equivalente por MJ de
combustible.
111
Figura 47: Emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de combustibles fósiles en g de CO2 equivalentes por MJ
combustible. (Fuente: CUE)
Los resultados del estudio detallado de Ecopetrol son similares a los resultados calculados en este
estudio. El impacto ambiental, ligeramente menor, que reporta Ecopetrol puede explicarse por el
hecho de que no se tuvo en cuenta el impacto de la infraestructura y que el combustible modelado
tiene mayor contenido de azufre.
En la Tabla 92, se resumen los resultados comparados con diferentes estándares de GEI sobre
biocombustibles. En general, los valores reportados por las normas son similares a los cálculos
presentados en este estudio. Los detalles pueden explicarse por las diferentes asunciones y los
procesos considerados en los estándares individuales (por ejemplo diferente contenido de energía
o factores de emisión).
Tabla 92: Emisiones de CO2 de combustibles fósiles de diferentes estudios.
Emisiones GEI (g
CO2/MJ combustible)
Sin combustión
Emisiones GEI (g
CO2/MJ combustible)
Con combustión
País
Colombia
Gasolina
13,43
Diesel
8,73
Gasolina
86,39
Diesel
83,50
Colombia
10,30
10,50
83,23
85,26
California
-
-
88,70
86,77
Reino Unido
-
-
85,00
86,00
Referencia
Cálculos propios
Estudio de Ecopetrol (Ecopetrol
2011)
Cálculos propios
Uso obligatorio de combustible
Renovable (Dehue, Hamelinck et al.
2007)
112
Emisiones GEI (g
CO2/MJ combustible)
Sin combustión
País
Estados
Unidos
Unión
Europea
Emisiones GEI (g
CO2/MJ combustible)
Con combustión
Gasolina
Diesel
Gasolina
Diesel
-
-
94,71
95,86
-
-
83,80
87,64
Referencia
Combustible de bajo carbono,
California (CARB 2009) 24
Directiva de Energía Renovable, EU
(EC 2008)
Dado que la combustión de diesel es más eficiente que la gasolina (más kilómetros por MJ de
combustible) una comparación científicamente válida debe tomar en cuenta este efecto. Así, en la
Figura 48, se presentan las emisiones de gases de efecto invernadero relativas a todo el ciclo de
vida (desde el pozo a la rueda), teniendo en cuenta la infraestructura de carreteras y la fabricación del
vehículo. En general, un vehículo alimentado con diesel emite menos CO2eq por kilómetro.
Además, los
combustibles colombianos
utilizados
para
impulsar
un Renault
Logan
emiten
menos GEI que un automóvil estándar en California. Existen varias razones para ello, en primer lugar, el
Renault Logan tiene una mayor eficiencia de consumo de combustible que un vehículo promedio de
California y por lo tanto las emisiones relacionadas con la conducción de un kilómetro son mayores en
California. Por otra parte, la vida útil de un vehículo en Colombia es casi dos veces mayor que para un
vehículo promedio en California, así, la producción y disposición del vehículo es relativamente baja
para las condiciones colombianas.
Por último, como se presentó anteriormente, las emisiones asociadas a la producción de los
combustibles son ligeramente más altas que en Colombia.
Figura 48: Emisiones de gases de efecto invernadero (GHG) de combustibles fósiles en kg equivalentes de CO2
por vehicle.km. (Fuente: CUE)
24
http://www.energy.ca.gov/low_carbon_fuel_standard/UC_LCFS_study_Part_1-FINAL.pdf
113
4.1.2 La demanda de energía acumulada
Como se muestra en la Figura 49, la producción de un MJ de combustible fósil requiere una entrada
de energía no renovable de 1.2 a 1.5 MJ, dependiendo de la mezcla de petróleo crudo y del
procesamiento.
Figura 49: Demanda acumulada de energía no renovable por MJ de combustible fósil. (Fuente: CUE).
En la figura anterior se incluye la carga de infraestructura por vehículo.km. Una vez más, la vida útil de
un vehículo en Colombia, en comparación con un vehículo de Estados Unidos mejora el balance
energético desde 2.8 a 3.6 MJ por v.km para las condiciones colombianas y 4.3 a 4.7 MJ por v.km en
Estados Unidos (ver Figura 50).
Figura 50: Demanda acumulada de energía no renovable por vehículo.km. (Fuente: CUE)
114
4.2 Etanol de caña de azúcar.
4.2.1 Potencial de calentamiento global
En general, la producción y el uso de etanol de caña de azúcar emiten menos emisiones de GEI que el
uso
de gasolina fósil. Por
vehículo.km se
emiten
entre 53
y
63 g de
CO2 equivalentes en
25
comparación con la gasolina fósil (226 g de CO2 eq. por v.km ). Si se emplea E100 es posible reducir
cerca del 72 al 77% de las emisiones de GEI. Además del impacto de la infraestructura (construcción de
vehículos y carreteras), la fase de cultivo contribuye en mayor grado al potencial de calentamiento
global.
Figura 51: Potencial de calentamiento global de etanol de caña de azúcar en kg CO2 equivalentes por v.km. (Fuente: CUE)
En la Figura 52, los impactos del transporte de etanol a la estación de servicio en Bogotá se muestran
en gramos por MJ de combustible. Por MJ de combustible y excluyendo la infraestructura el rango
oscilan entre 12 y 16 gramos por MJ.
Los GEI de la producción de etanol son superiores a
la producción de combustibles fósiles, los cuales generan altas emisiones durante la combustión. Sin
embargo, si la combustión se toma en cuenta, se genera la misma Figura 51.
25
El valor para la gasolina fósil se basó en el inventario de Ecopetrol complementado con datos de Ecoinvent para la infraestructura, el transporte de la estación de mezcla a la estación de servicio y los procesos de combustión.
115
Figura 52: Potencial de calentamiento global de etanol de caña de azúcar por proceso en g CO2 equivalentes por
MJ combustible. (Fuente: CUE)
En la Figura 53, el desempeño de los sitios de estudio se presenta como kg de CO2eq. por kg de caña
de azúcar cosechada. Los impactos predominantes se asocian a la producción y aplicación de
fertilizantes, lo cual es una actividad intensa energéticamente que genera las emisiones del cultivo.
Además, la energía consumida para el riego genera impactos significativos.
Figura 53: Potencial de calentamiento global del cultivo de caña de azúcar en kg CO2 equivalentes por kg de caña
de azúcar. (Fuente: CUE y Ecoinvent para Brasil).
El impacto se separa por proceso (figura superior) y por sustancia (figura inferior). Además, el
promedio mínimo, máximo y ponderado (en función del área) se compara con el conjunto de datos de
Ecoinvent para Brasil.
Las emisiones de GEI asociadas al procesamiento de la caña de azúcar (producción de etanol) son
causadas principalmente por el ingenio de azúcar (41%), el transporte de la caña de azúcar de los
cultivos al ingenio (34%) y el compostaje (16%). El compostaje de flemazas, lodo filtrado y otro
116
material orgánico, causa emisiones de metano, las cuales generan un alto impacto en el calentamiento
global.
Como se muestra en la Figura 54, el desempeño ambiental puede mejorar ligeramente mediante una
caldera y turbina más eficientes en el ingenio de azúcar y si se vende el CO2 líquido.
Figura 54: Potencial de calentamiento global de procesamiento de la caña de azúcar dividido por proceso en kg
CO2 equivalentes por v.km. (Fuente: CUE)
Análisis de sensibilidad: Factor de asignación
La Figura 55 presenta los diferentes métodos de asignación de las emisiones de GEI del etanol
colombiano a partir de la caña de azúcar (factor de asignación económica para EtOH: 22%, factor de
asignación energética: 22%, ver capitulo 3.2.7.2). Debido a que los factores de asignación basados en
el método de asignación económica y energética son similares, los resultados también son similares.
Así, si se emplean precios actuales, los resultados son indiferentes al método de asignación.
117
Figura 55: Análisis de sensibilidad del método de asignación para la producción de etanol en Colombia en kg de
CO2 el equivalentes por vehicle.km. (Fuente: CUE).
La figura muestra el impacto con asignación económica y energética para el escenario promedio
nacional y optimizado en comparación con los combustibles fósiles.
4.2.2 Demanda acumulada de energía
La demanda de energía acumulada de energía no renovable de vehículos alimentados con etanol es
mucho menor que la de un vehículo alimentado con energía fósil (factor de 7 a 11). El retorno de
energía medida como MJ de salida por MJ entrada oscila entre 6 y 8, dependiendo de la intensidad del
cultivo y de la productividad.
118
Figura 56: Demanda acumulada de energía de etanol de caña de azúcar en MJ de energía no renovable por
MJ.de combustible. (Fuente: CUE).
Por kilómetro recorrido, un vehículo alimentado con etanol consume menos de 3 MJ de energía no
renovable en comparación con la gasolina, como se muestra en la Figura 57. Un alto porcentaje (más
del 50%) de la energía no renovable consumida para conducir con etanol está asociado a la
infraestructura (construcción de carreteras, vehículos, mantenimiento y disposición).
Figura 57: Demanda acumulada de energía de etanol de caña de azúcar en MJ de energía no renovable por vehículo.km. (Fuente: CUE).
119
4.3 Biodiesel de aceite de palma
En general, la producción y el uso de biodiesel de aceite de palma generan menos emisiones de
gases de efecto invernadero que el uso de diesel fósil. Por vehículo.km se emiten entre 14 y 94 g de
CO2 equivalentes en comparación con el diesel fósil (190 g de CO2 eq. por v.km26). Si se emplea B100
es posible reducir cerca del 50 al 108% - en promedio 17% - de las emisiones de GEI, dependiendo del
cambio de uso del suelo (ver Figura 60).
Figura 58: Potencial de calentamiento global dl biodiesel de palma en kg CO2 equivalente per v.km. (Fuente: CUE)
En la Figura 59, el impacto del biodiesel transportado a la estación de servicio en Bogotá se muestra
en gramos de CO2 por MJ de combustible. Por MJ de combustible y excluyendo la infraestructura las
emisiones de GEI oscilan entre 23 y 35 gramos CO2 por MJ. La generación de GEI en la producción de
biodiesel es superior a la producción de combustibles fósiles, los cuales emiten el CO2 en el proceso
de combustión. Sin embargo, si se toma en cuenta la combustión, los resultados son comparables a
los presentados en la Figura 58.
26
El valor para el diesel fósil se basó en el inventario de Ecopetrol complementado con la base de datos Ecoinvent para la infraestructura, el transporte de la estación de mezcla a la estación de servicio y el proceso de combustión.
120
Figura 59: Potencial de calentamiento global de biodiesel a partir de aceite de palma por proceso en g CO2 en
equivalente por MJ de combustible. (Fuente: CUE)
El impacto del cultivo de la palma de aceite está dominado principalmente por efectos directos
positivos en el cambio del uso del suelo. El cultivo de de palma de aceite en zonas con reservas de
carbono relativamente bajas (es decir, tierras agrícolas o de pastoreo) genera un incremento en las
reservas de carbono y por lo tanto se evitan emisiones de GEI (como se muestra en la Figura 60). Los
impactos del cultivo de palma en Colombia son generalmente más bajos que en Malasia, ya que los
cultivos son principalmente establecidos, en selvas tropicales.
Figura 60: Potencial de calentamiento global del cultivo de palma de aceite en kg CO2 equivalentes por kg de RFF.
Los sitios de cultivo en Colombia evaluados en el oriente (Verde), Norte (Azul) y centro (rojo) se presentan de acuerdo al impacto del cultivo (barras oscuras) y al cambio en el uso de la tierra (barras claras). El impacto promedio se
muestra como una línea negra. (Fuente: CUE y Ecoinvent v2.3 para Malasia)
La figura muestra el impacto del cambio del uso de tierra (color claro) y el impacto de cultivo (color
oscuro), mientras que el promedio está indicado con la barra negra.
Las emisiones de GEI asociadas al procesamiento de aceite de palma (producción de biodiesel) son
causados principalmente por el tratamiento de aguas residuales (90%), debido a las altas emisiones de
metano. Como se muestra en la Figura 61, estos impactos pueden ser reducidos en un 77% si se
121
captura el biogás emitido y se quema (CO2 se emite en lugar de CH4). Estas medidas ya se han
previsto (Fedepalma 2006) y serán implementadas en los próximos años.
Figura 61: Potencial de calentamiento global de procesamiento del biodiesel dividido por proceso en kg de CO2
equivalentes por v.km. (Fuente: CUE)
En la Figura 62, el impacto total del escenario optimizado se compara con el escenario promedio. La
medida de la captura de las emisiones de metano del tratamiento de aguas residuales reduce
significativamente las emisiones de GEI (de 17% a -7%).
Figura 62: Potencial de calentamiento global del escenario promedio y optimizado comparado con los combustibles
fósiles en kg CO2eq por vehicle.km. (Fuente: CUE)
Análisis de sensibilidad: Factor de asignación
En la Figura 63, se presentan los diferentes métodos de asignación de las emisiones de GEI de
biodiesel de palma colombiano (factor de asignación económica para biodiesel: 86%, factor de
asignación energética: 58%, ver sección 3.2.7.2). En general, el impacto del biodiesel se reduce si se
emplean los factores de asignacion energética en lugar de los factores de asignación económica (esto
122
es válido tanto para los impactos positivos como para los negativos). Para la situación basada en el
escenario promedio, los efectos del método de asignación energético hace que la reducción de
impactos positivos (fase cultivo) y de la reducción de impactos negativos (infraestructura,
procesamiento, transporte y operación) se compensan entre si, por lo tanto, el impacto total
permanece del 17% del impacto del combustible fósil. Para el escenario optimizado, los ahorros de GEI
relativos al cultivo son reducidos significativamente si se aplican factores de asignación energética, y
así los ahorros de GEI se reducen de 99% a 107% comparados con el diesel fósil.
Figura 63: Análisis de sensibilidad del método de asignación para la producción de biodiesel en Colombia en kg
CO2 eq. por vehículo.km. (Fuente: CUE)
La figura muestra el impacto con asignación económica y energética para el escenario del escenario
promedio y optimizado en comparación con los combustibles fósiles.
4.3.2 Demanda acumulada de Energía
La demanda acumulada de energía de vehículos alimentados con biodiesel es mucho menor (factor
de 5 a 8) comparada con la de un vehículo alimentado con energía fósil. El retorno de la energía
medido como MJ de salida por MJ de entrada oscila alredor de 4 a 7, dependiendo principalmente de
la intensidad del cultivo y la productividad.
123
Figura 64: Demanda de energía acumulada de biodiesel de palma en MJ de energía no renovable por MJ de combustible. (Fuente: CUE)
Por kilómetro recorrido, un vehículo alimentado con biodiesel consume menos de 2 MJ de energía no
renovable
en comparación con el diesel fósil, como se muestra en la Figura 65. Un alto
porcentaje (54% a 66%) de la energía no renovable consumida en el uso de biodiesel está asociada
a la infraestructura (construcción de carreteras, vehículos, mantenimiento y disposición).
Figura 65: Demanda acumulada de energía de biodiesel de palma en MJ de energía no renovable por vehiculo.km.
(Fuente: CUE)
4.4 Cambios indirectos en el uso del suelo (iLUC)
Los resultados anteriores sólo tienen en cuenta el cambio de uso directo (LUC). Sin embargo, las tierras
sobre las cuales se cultivan materias primas para biocarburantes están, en su mayoría, bajo
124
producción (por ejemplo, tierras agrícolas o de pastoreo). Suponiendo que la demanda de los
productos
alimenticios (de
la
agricultura o desde
el
pastoreo) permanece, los
productos
desplazados debido al cultivo de palma deben producirse en otro lugar. Como se ilustra en el
capítulo 2.2.4, la pérdida del área de producción puede ser compensada a través de a) intensificación,
y b) la expansión de las áreas naturales. Estos efectos indirectos son muy complejos y sumamente
inciertos. Considerando solo los efectos directos y despreciando los efectos indirectos en el uso del
suelo, se refleja el “mejor caso”. En lo siguiente solo se tratará el "peor caso” iLUCs asumiendo la
expansión de los sistemas naturales con el fin de ilustrar el impacto potencial máximo.
En la Figura 66, se presentan los iLUCs potenciales para el cultivo si la palma se cultiva en tierras de
pastoreo o tierras agrícolas. El desplazamiento conlleva a una presión sobre la tierra natural (bosque
tropical, bosque húmedo caducifolio o matorral). Dependiendo de qué tanto se afecte el sistema
natural, el iLUC tiene un impacto significativo en las reservas de carbono y por lo tanto en el potencial
de calentamiento global.
Si se desplaza indirectamente el bosque tropical o los bosques húmedos, el potencial de
calentamiento global de los biocombustibles es mucho mayor comparado con el de los combustibles
fósiles. Caso contrario ocurre si se desplaza un área de matorrales, los impactos serían menores y el
balance de GEI de los biocombustibles sería positivo comparado con el de los combustibles fósiles.
Figura 66: Impactos indirectos potenciales del uso de la tierra en el cultivo de palma en Colombia. (Fuente: CUE)
Lo mismo es cierto para la caña de azúcar como se ilustra en la Figura 67. Aquí se comparan los
efectos indirectos de cambiar el uso de la caña de azúcar, de producción de azúcar hacia producción
125
de etanol (LUC: caña de azúcar a caña de azúcar), el cultivo de caña de azúcar en pastizales y en áreas
naturales.
Figura 67: Impactos potenciales del uso indirecto de la tierra en el cultivo de caña se azúcar en Colombia. (Fuente:
CUE)
En cualquier caso, un LUC de los bosques naturales genera un impacto ambiental mucho mayor que si
se utilizan combustibles fósiles. Como se mencionó anteriormente, un desplazamiento en las tierras de
agricultura o pastizales podría generar una presión indirecta en las áreas naturales. Así, si las materias
primas para biocombustibles se cultivan en tierras de agricultura o pastoreo, los productos
desplazados deben producirse mediante intensificación o en matorrales 27. En Colombia, existe
potencial para mantener una intensificación en la ganadería, empleando por ejemplo técnicas
silvopastoriles.
La esencia de este análisis de sensibilidad del iLUC es que no sólo los efectos directos, sino también
los indirectos deben ser considerados cuando se planea un nuevo cultivo. Con el fin de mantener los
efectos del cambio de uso del suelo en un rango aceptable, se requiere estudios a profundidad sobre
los requerimientos de suelo, disponibilidad del suelo y mecanismos del cambio de uso del suelo.
27
El potencial de usar las zonas de matorrales del Norte de Colombia, es muy limitado (Ver ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.)
126
4.5 Opciones de mezcla y exportación a California
La Figura 68 y Figura 69 muestra el potencial de calentamiento global para etanol (E100 y E10) de la
caña de azúcar colombiana y el biodiesel de la palma de aceite e Colombia empleados en California y
Bogotá.
En general, el impacto ambiental del uso de un vehículo estándar en los EE.UU. es mayor que
en Colombia, debido principalmente a que los vehículos son más pesados, y así el kilometraje
disminuye. Por otra parte, la infraestructura también tiene un impacto mayor en los EE.UU., ya que las
carreteras y los vehículos tienen una vida útil más corta que en Colombia. Sin embargo, el impacto
ambiental del transporte de los combustibles es marginal en comparación con el proceso de
producción y el uso. Esto es especialmente cierto para los medios de transporte acuáticos, incluso si la
distancia de transporte es alta.
Para el etanol producido en el Valle Geográfico del Río Cauca el impacto del transporte, ya sea a
Bogotá o a Los Ángeles, es marginal (Ver Figura 68)
Figura 68: Potencial del calentamiento Global del etanol promedio colombiano (E100 and E10) empleado en Bogotá y California. (Fuente: CUE)
127
En general, el transporte de biodiesel de palma afecta marginalmente el balance de GEI. Sin embargo,
dependiendo de la ubicación, el impacto en el transporte puede reducirse. Por ejemplo, es más
amigable en términos ambientales transportar en barco el biodiesel producido cerca de la costa
caribeña a California que transportarlo por camión a Bogotá. De otro lado, el impacto de transportar el
biodiesel del Meta a los puertos para exportación no tiene sentido desde el punto de vista ambiental.
Figura 69: Potencial de calentamiento global del biodiesel promedio colombiano (B100 y B10) usado en Bogotá
y California. (Fuente: CUE)
Por otra parte, la mezcla no influye en el impacto, ya que las reducciones son proporcionales a la
cantidad de combustible mezclado.
4.6 Comparación de los biocombustibles colombianos con otros biocombustibles
La Figura 70, muestra el potencial de calentamiento global de los biocombustibles colombianos
comparados con diferentes cadenas de valor de biocombustibles internacionales y los combustibles
fósiles (gasolina y diesel). El impacto de los biocombustibles internacionales se basó en la evaluación
de Zah et al. (2007). El impacto de los combustibles colombianos se calculó empleando el mismo
128
impacto de la infraestructura y el vehículo estándar de pasajeros de Ecoinvent de acuerdo a Zah et al.
(2007) por razones de consistencia. Estas pequeñas adaptaciones y el hecho de que el mix de gasolina
suiza se toma en cuenta como una comparación relativa (100%) no cambian marginalmente el impacto
ambiental de los biocombustibles de Colombia como se ilustró anteriormente.
En general, los biocombustibles en Colombia presentan un buen desempeño en comparación con
otras cadenas de valor del biocombustible. El etanol producido en Colombia a partir de la caña de
azúcar está generando ligeramente menos emisiones de GEI que el etanol producido a partir de la
caña de azúcar de Brasil. El biodiesel genera menores emisiones de GEI que el biodiesel de Malasia,
principalmente debido al incremento de las reservas de carbono por el cambio de uso del suelo.
Figura 70: Potencial de calentamiento global de los biocombustibles comparados con otras cadenas de valor de
biocombustibles. (Fuente: CUE, biocombustibles colombianos adaptados para un vehículo estándar de Ecoinvent,
otros biocombustibles basados en Zah et al., 2007)
129
El mayor porcentaje de emisiones de GEI viene del cultivo agrícola (Figura 70, verde) mediante el uso
de máquinas, fertilizantes y pesticidas, y también en forma de emisiones directas (tales como óxido
nitroso). Los factores más relevantes para las emisiones de GEI en la agricultura son la productividad
por área (alta en el caso de la remolacha azucarera de Suiza o la caña de azúcar de Brasil y Colombia,
baja en el caso del trigo de Europa), las emisiones de óxido nitroso (30% en el caso de maíz de EE.UU.)
y la clara deforestación de bosques (relevante para el aceite palma de palma de Malasia y el aceite de
soya de Brasil). En el caso del cultivo de palma de aceite en Colombia ocurre el efecto opuesto
(incremento de las reservas de carbono) y así se generan ahorros de GEI (emisiones negativas de GEI).
La producción de combustible por si misma (Figura 70, amarillo) genera en promedio menores
emisiones de GEI en comparación con el cultivo agrícola. El biodiesel genera solo bajas emisiones
durante la extracción y esterificación. Sin embargo, las condiciones anaeróbicas durante el tratamiento
del agua residual (generalmente alta demanda química de oxígeno, DQO) en la industria de palma de
aceite está generando emisiones relativamente altas de metano. Durante la fermentación del
bioetanol, las emisiones pueden variar significativamente debido a los portadores de energía fósil que
se empleen (el bioetanol de maíz americano genera altos impactos) o a los residuos de la producción
agrícola que se emplean en la generación de energía (el bagazo en el caso de la caña de azúcar de
Colombia y Brasil genera bajos impactos).
El transporte del combustible per se (Figura 70, naranja) de las regiones de producción a la estación
de servicio usualmente genera menos del 10% de las emisiones totales y juega solo un rol secundario
desde un punto de vista ambiental, siempre y cuando el transporte intercontinental se realice por
barco o por poliductos.
La operación actual del vehículo (Figura 70, gris oscuro) es carbono neutral en el caso de los
combustibles puros (como se compara en esta figura) debido a que todo el CO2 libre en la combustión
fue absorbido durante el crecimiento de la planta.
La producción y mantenimiento de los vehículos y la construcción y mantenimiento de las vías (Figura
70, gris claro) se trató en este estudio. Sin embargo, se asumió un vehículo idéntico y el mismo
kilometraje anual para todos los casos considerados, produciendo el mismo incremento para todas las
variaciones. En el caso de combustibles alternativos eficientes como el bioetanol de caña de azúcar
este incremento podría comprender más de la mitad de todas las emisiones de GEI ( Zah, Hischier et
al. 2007).
130
5 Discusión y conclusiones
El objetivo del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es evaluar el impacto ambiental de los biocombustibles
más relevantes para Colombia (etanol de caña de azúcar y biodiesel de palma de aceite) sobre todo el
ciclo de vida comparado con el de los combustibles fósiles (gasolina y diesel). El impacto ambiental
promedio de los biocombustibles evaluados se comparó con los estándares internacionales de
sostenibilidad, los cuales proveen un primer indicio sobre un factor clave relacionado con el potencial
de exportación de los biocombustibles colombianos. Además, los factores críticos y sensibles que
influyen en el desempeño ambiental son determinados y medidos para su mejoramiento.
La evaluación del impacto ambiental promedio de los biocombustibles colombianos está basada en
los datos de campo de los cultivos de materia prima para biocombustibles e instalaciones de proceso
representativos para Colombia. Los datos fueron validados por expertos y complementados con
valores de la literatura y de la base de datos Ecoinvent.
A continuación, se discute el impacto del etanol de la caña de azúcar y del biodiesel de palma en
términos del potencial de calentamiento global (GWP) y demanda de energía acumulada no renovable
(CED), adicionalmente se presentan las conclusiones.
5.1 Etanol de caña de azúcar
¿Cuál es el potencial de calentamiento global del etanol colombiano de caña de azúcar?
Como se ilustra en la Tabla 93 and Figura 71, el etanol colombiano de la caña de azúcar está generando cerca del 26% de las emisiones de GEI comparado con la gasolina fósil sin considerar cambios directos e indirectos en el uso del suelo (Figura 71, paso 1). El balance favorable de GEI es principalmente generado debido a las emisiones relativamente bajas de GEI en la agricultura. Las prácticas mejoradas en la agricultura y las condiciones climáticas favorables en el área principal de cultivo de la caña de
azúcar en Colombia, a lo largo del Río Cauca, resultan en una alta productividad y eficiencia de los recursos.
El resultado es independiente del método de asignación, ya que los factores de asignación económica
y energética son similares. Además, las opciones de mejora tecnológica (cogeneración eficiente y recuperación de CO2 líquido) no influencian significativamente los GEI emitidos por vehículo.km.
La tabla y la figura compilan los resultados de los diferentes factores de asignación (económico y
energético), diferentes tecnologías (promedio y optimizada), diferentes métodos de cultivo (impacto
mínimo, promedio y máximo), cambios directos e indirectos en el uso del suelo (LUC e iLUC) e indica
los valores por defecto de acuerdo a la directriz de energía renovable (RED).
131
Tabla 93: Potencial de emisiones GEI de diferentes escenarios de etanol de caña de azúcar por vehículo-km y relativo a gasolina fósil (100%). Fuente: CUE.
Emisiones GEI de Caña de azúcar
Tech.
Tech.
estándar optimizada
Tech.
Tech.
Gasolin
a fósil
Escenario
Unidad
0.060
0.059
0.059
0.059
0.226
Escenario 1:
sin LUC/iLUC
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil)
26%
26%
26%
26%
100%
0.060
0.059
0.059
0.059
0.226
Escenario 2:
con LUC/sin iLUC
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil)
26%
26%
26%
26%
100%
0.354
0.354
0.345
0.345
0.226
Escenario 3:
con LUC/iLUC (bosque tropical)
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil))
156%
156%
152%
152%
100%
Escenario 3:
con LUC/iLUC (bosque tropical
húmedo)
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil))
0.249
0.249
0.243
0.243
0.226
110%
110%
107%
107%
100%
0.128
0.128
0.125
0.125
0.226
Escenario 3:
con LUC/iLUC (matorral)
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil))
56%
56%
55%
55%
100%
Leyenda
Paso 1: Sin LUC y iLUC
Tecnología promedio
Tecnología optimizada
Impacto Impacto promedio
mínimo
del cultivo
del cultivo
Paso 2: Con LUC/ sin iLUC
LUC: 100% caña de azúcar-> Sin cambio
iLUC: matorrales
iLUC: Bosque húmedo tropical caducifolio
Impacto
máximo
del cultivo
iLUC: Bosque tropical
Paso 3: Con LUC y iLUC
LUC: 100% caña de azúcar
iLUC: Escenarios potenciales
RED value
-20%
0%
20%
EtOH caña de azúcar, RED
Emisiones GEI por defecto
40%
60%
Gasolina fósil
80%
100%
120%
140%
160%
Potencial de calentamiento global 100a (IPCC)
Escenarios del etanol de caña de azúcar relativos a la gasolina fósil
Figura 71: Potencial de calentamiento global del etanol colombiano de caña de azúcar relativo a la gasolina fósil
(100% del impacto). (Fuente: CUE).
132
En términos ambientales, la etapa más crítica en la producción de etanol es la etapa de cultivo, de esta
manera los ahorros en GEI pueden alcanzarse solo si se aplican las mejores prácticas agrícolas y no se
genera presión en las áreas naturales. La presión en el suelo puede ser directa o indirecta.
Debido a que los cultivos de caña de azúcar en el Valle Geográfico del Río Cauca fueron establecidos
antes del año 2000 -el año de referencia del análisis de cambio de uso del suelo- no se consideraron
los efectos directos en el cambio del uso del suelo (Figura 71, paso 2).
Sin embargo, antes de que la producción de etanol iniciara, la caña de azúcar se empleaba para la
producción de azúcar de exportación. La disminución en las exportaciones de azúcar podría
compensarse por incremento en los cultivos de caña de azúcar en otro lugar. Consecuentemente,
pueden esperarse efectos indirectos (iLUC) si se expande el área de cultivo en otro suelo apto (tierra
de agricultura o pastoreo) en Colombia (Figura 71, paso 3). Los efectos indirectos pueden ir desde no
iLUC (“mejor caso”, paso 2) si no se requiere tierra adicional debido a la intensificación hasta una
expansión completa en ecosistemas naturales (“peor caso”, paso 3). Dependiendo del ecosistema
natural afectado (matorral, bosque húmedo tropical o selva), el balance de etanol de caña de azúcar
relativo a la gasolina fósil es cerca de 26% si no se genera iLUC y 156% si los bosques tropicales son
afectados. Los resultados del análisis de sensibilidad subrayan que los resultados de GEI son altamente
sensibles a iLUC. Sin embargo, los efectos indirectos en el uso del suelo con complejos y dependen del
ambiente local, la sociedad y la dinámica de los mercados. Con el fin de evitar los efectos indirectos en
áreas naturales y la deuda de carbono relacionada- como se discutió en Fargione, Hill et al. 2008- es
necesario evaluar el potencial local de los mecanismos, planear un adecuado uso del suelo y
establecer medidas de mitigación si es del caso. Estas medidas pueden comprender la intensificación
de pastizales remanentes o áreas agrícolas, o la expansión en las áreas con bajas reservas de carbono
como los matorrales.
En general, el transporte de los combustibles no domina los impactos ambientales siempre y cuando
los combustibles no se transporten largas distancias por carretera. Por lo tanto, el transporte por barco
a los EE.UU. no tiene un impacto significativo en el balance de GEI (3% a 7%).
Un impacto ambiental alto está relacionado con la construcción, mantenimiento y disposición de la
infraestructura de vías y vehículos usados para el transporte. Además, la decisión del usuario final
respecto al combustible y tipo vehículo (consumo de combustible) empleados puede influenciar
significativamente el balance total de GEI. Sin embargo, estos factores representan una característica
general de movilidad y no están relacionados con los biocombustibles.
133
¿El etanol de caña de azúcar de Colombia cumple el estándar de emisión de GEI definido por la
Directiva de Energía Renovable (RED)?
Muchos países implementaron instrumentos de política con el fin de apoyar la producción de
biocombustibles. Sin embargo, el apoyo está frecuentemente vinculado con criterio de sostenibilidad
para mantener los impactos ambientales y socio económicos en ciertos límites (RSB 2008, CARB 2009,
TC383.2009, EU-commission 2010). El umbral de sostenibilidad de los biocombustibles en términos del
ahorro de GEI comparado con los combustibles fósiles es cerca del 40%. A pesar de que las
metodologías
definidas
para
el
cálculo
de
GEI
mediante
diferentes
estándares
varían
significativamente, los combustibles colombianos cumplen probablemente los criterios de GEI.
¿Cuál es la eficiencia energética del etanol colombiano a partir de la caña de azúcar?
Los biocombustibles no sustituyen completamente los combustibles fósiles, ya que la producción de
biocombustibles está basada parcialmente en combustibles fósiles (por ejemplo en la manufactura de
la maquinaria o químicos requeridos en el proceso de producción). Sin embargo, la producción de
biocombustibles consume cerca del 60% menos de energía no renovable en comparación con los
combustibles fósiles. La eficiencia está alrededor de 0.15 MJ de entrada de energía no renovable por 1
MJ de salida de etanol, dependiendo principalmente de la práctica agrícola y el uso de los residuos de
agricultura (ver Figura 56).
Existe potencial para aumentar la energía, la cual puede generarse a partir de los subproductos de la
extracción y de los residuos del campo. Mediante la instalación de calderas y turbinas más eficientes,
se puede reducir aún más la demanda de energía fósil y electricidad de la red. Con el fin de mejorar
la eficiencia del sistema, se sugiere el uso de la tusa y de los residuos de la cosecha de la caña
de azúcar como fuente energética (Macedo, Seabra et al. 2008).
5.2 Biodiesel de aceite de palma
¿Cuál es potencial de calentamiento global del Biodiesel de Palma Colombiano?
El desempeño del Biodiesel de palma en términos de emisiones de GEI depende principalmente de la
eficiencia de recursos en la fase de cultivo, los cambios de uso del suelo y la tecnología de
procesamiento. La influencia relativa de estos factores y de las emisiones de GEI comparadas con el
diesel fósil es ilustrada en la Tabla 94 y Figura 72 y discutidas a continuación.
La Tabla 94 and Figura 72 reúne los resultados para diferentes factores de asignación (económica y
energética), diferentes tecnologías (promedio y optimizada), diferentes métodos de cultivo (impactos
mínimos, promedio y máximos) cambios del uso de suelo directos e indirectos (LUC e iLUC) y valores
por defecto de acuerdo a la directiva de energía renovable (RED, siglas en inglés).
134
Tabla 94: Potencial de emisiones GEI de diferentes escenarios de biodiesel de palma por vehículo-km y relativo a
diesel fósil (100%). Fuente: CUE.
Emisiones de GEI de Biodiesel de Palma
Tech
Tech
Tech
Tech
Diesel
fósil
Escenario
Unidad
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil)
0.114
0.067
0.087
0.056
0.190
Escenario 1:
sin LUC/iLUC
60%
35%
46%
29%
100%
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil)
0.033
-0.013
0.033
0.001
0.190
Escenario 2:
con LUC/sin iLUC
17%
-7%
17%
1%
100%
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil)
0.393
0.343
0.275
0.244
0.190
Escenario 3:
con LUC/iLUC (bosque tropical)
207%
180%
145%
128%
100%
Escenario 3:
con LUC/iLUC (bosque tropical
húmedo)
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
on fósil)
0.259
0.211
0.185
0.154
0.190
136%
111%
97%
81%
100%
kg CO2eq/ v.km
% (comparado
con fósil)
0.104
0.057
0.081
0.049
0.190
Escenario 3:
con LUC/iLUC (matorral)
55%
30%
42%
26%
100%
Figura 72: Potencial de calentamiento global del Biodiesel de palma colombiano comparado con el diesel fósil
(100% del impacto).Fuente: CUE.
Aproximadamente el 40% de las emisiones de GEI por vehículo pueden ser ahorradas usando
tecnología actual y prácticas de cultivo promedio, en comparación con diesel fósil (paso 1, sin
135
considerar LUC e iLUC). No obstante, las emisiones de GEI pueden aumentar o disminuir en un 10%,
dependiendo de la eficiencia de recursos durante el cultivo (principalmente en los insumos de
fertilizantes y pesticidas). Asimismo, el método de asignación usado para determinar el impacto de los
productos principales influencia los resultados (si se usa la asignación energética, los impactos
positivos y negativos, disminuyen significativamente).
El principal potencial de optimización para la producción de aceite de palma en términos de emisiones
de GEI es mejorar el tratamiento de aguas residuales, el cual emite actualmente cantidades
significativas de metano. Las emisiones de GEI de la fase de producción pueden ser reducidas en un
75% al capturar el metano como se indica en el proyecto MDL sombrilla de Fedepalma (Fedepalma
2006). (Ver Figura 72, “tecnología optimizada).
Los cultivos de palma almacenan cantidades relativamente altas de carbono comparado a otros usos
del suelo (especialmente si se comparan con suelos agrícolas y pastizales). Si se toma en cuenta los
cambios directos del uso del suelo (paso 2), el balance de carbono puede ser mejorado más aun, cerca
de un 83% (usando tecnología promedio) y 107% (usando tecnología optimizada), debido a que la
mayoría de los cultivos de palma fueron establecidos sobre suelos que eran agrícolas o pastizales. No
obstante, se puede causar cambios indirectos del uso del suelo (paso 3), si los cultivos de palma se
establecen en suelos que eran agrícolas o pastizales.
En general, si los combustibles no son transportados por carretera sobre grandes distancias, dicho
transporte de combustibles no domina los impactos ambientales. Por consiguiente, el transporte
marítimo de biocombustibles a EE.UU. tiene un impacto marginal sobre el balance de GEI (3% al 7%).
Un impacto ambiental mayor es asociado a la construcción, mantenimiento y disposición de la
infraestructura de carreteras y al vehículo usado para el transporte. Más aún, la decisión del usuario
final en relación al combustible usado y el vehículo conducido (consumo de combustible) puede
influenciar fuertemente el balance total de GEI. Sin embargo, estos factores son características de
movilidad y no están relacionados con los biocombustibles.
¿El biodiesel de palma cumple el estándar de emisiones de GEI definido por la Directiva de Energía Renovable (RED)?
Generalmente, el biodiesel de palma colombiano se desempeña bien en comparación con otros
biocombustibles producidos internacionalmente y cumple el 40% de ahorro de emisiones de GEI
definido por varios estándares internacionales (RSB 2008, CARB 2009, TC383 2009, EU-commission
2010).
¿Cuál es la eficiencia energética de biodiesel de palma colombiano?
La demanda acumulada de energía no renovable de los vehículos alimentados con biodiesel es mucho
menor (por un factor de 5 a 8 veces) que los vehículos alimentados con energía fósil. La energía
136
restituida - medida como MJ producidos por MJ introducidos – va de 4 a 7 (promedio 5), dependiendo
principalmente de la intensidad del cultivo y la productividad.
La demanda de energía no renovable para los biocombustibles basados en cultivos altamente
productivos (como el cultivo de palma de aceite) es considerablemente menor en comparación a otros
biocombustibles, especialmente cuando la biomasa lignocelulósica es usada para suministrar energía a
las instalaciones de procesamiento. El uso energético de residuos (p.e. fruta de palma vacía) podría
reducir más aún la demanda de energía. Sin embargo, la transferencia de impactos (p.e. con el reciclaje
de nutrientes) debe ser evaluada cuidadosamente.
5.3 Conclusiones

Se ha evidenciado que, si el etanol de caña de azúcar y biodiesel de palma colombiano, son
usados en vez de combustibles fósiles, las emisiones de GEI pueden ser reducidas en un 74% y
83% respectivamente. Si todas las plantas de biocombustibles ya establecidas operan a su capacidad máxima, se puede ahorrar cerca de 1.8 millones de toneladas de CO2_eq/año. Esto es
equivalente a cerca del 3% del total de emisiones de CO2 colombianas en 2008 o 8% de las
emisiones de CO2 causadas por el sector transporte colombiano (UNEP 2010).

Comparado con otros biocombustibles internacionales, el biocombustible colombiano se
desempeña bien y alcanza el 40% de ahorros de emisiones de GEI mínimos previstos por varios
estándares de biocombustibles (RSB 2008, CARB 2009, TC383 2009, EU-commission 2010). Por
lo tanto, los biocombustibles exportados de Colombia pueden beneficiarse de los diferentes
mecanismos de subsidio del mercado internacional para biocombustibles “sostenibles”. Sin
embargo, la evaluación de sostenibilidad debe ser realizada para cultivos e instalaciones de
procesamiento individuales, ya que este estudio provee una visión general acerca del promedio
nacional y sus rangos de impactos. Es por ende necesario que las recomendaciones
presentadas en este estudio sean verificadas localmente con el fin de evaluar si cada cultivo e
instalación cumple con los estándares.

En general, el balance de GEI es muy sensible a la fase de agrícola, específicamente a la
eficiencia de las prácticas de manejo y cambios de uso del suelo. Las emisiones de GEI del
biodiesel de palma se reducen del 60% al 17% si se considera también el cambio de uso del
suelo directo (asignación económica). El balance de GEI mejorado es causado por la reserva
relativamente alta de carbono en la biomasa del cultivo de palma de aceite en comparación
con suelo agrícola y pastizales. Sin embargo reemplazar suelo productivo para la expansión de
caña de azúcar o palma de aceite podría causar efectos de cambio de uso del suelo indirectos
(iLUC, siglas en inglés), dado que los cultivos reemplazados serán probablemente producidos
en otro sitio. Este mecanismo podría inducir, ya sea, a intensificación o a expansión de suelo
137
productivo hacia ecosistemas naturales. Si se considera el “peor caso” de expansión hacia
sistemas de bosque natural, las emisiones de GEI podrían ser el doble de las emisiones del
combustible fósil. Por lo tanto, la cantidad de GEI emitidos es altamente sensible al efecto del
uso del suelo. Dado que estos efectos siguen mecanismos complejos y altamente
dependientes de las condiciones locales, es por consiguiente recomendado que se realice un
estudio en detalle sobre los mecanismos locales y desarrollar un plan de uso del suelo,
incluyendo medidas de mitigación (es decir, técnicas de silvopastoreo) para los cultivos de
biocombustibles proyectados.

En la industria de palma, específicamente, se puede mejorar el tratamiento de aguas residuales
del efluente de la fábrica de aceite (alto en DQO), el cual emite grandes cantidades de metano.
La implementación del proyecto MDL sombrilla desarrollado pro Fedepalma es un paso en la
dirección correcta.

Para el etanol de caña de azúcar y el biodiesel de palma, ambos consumen cerca de 5 veces
menos portadores de energía no renovable en comparación con combustibles fósiles. La
demanda relativamente baja de combustibles fósiles del etanol de caña de azúcar y biodiesel
de palma, está relacionada principalmente al hecho que el material lignocelulósico es usado
para cogeneración. La demanda de combustibles fósiles puede ser reducida aún más, mediante
el mejoramiento de la eficiencia de la caldera y la turbina, y también, el uso energético de
residuos de cosecha. Sin embargo, en el futuro, se debe evaluar la transferencia de impactos en
términos de costos e interrupción del ciclo de nutrientes.

Un efecto dominante en el cultivo de caña de azúcar es la quema antes de la cosecha, la cual
contribuye al smog de verano (debido a las emisiones de CO) y afecta la salud humana
(enfermedades respiratorias). No obstante, el efecto de la quema antes de la cosecha, sobre la
salud humana es discutido polémicamente. Algunos estudios revelan que no hay un efecto
significativo sobre la salud de la población local (Goldemberg, J. 2007), mientras otros estudios
declaran un efecto negativo de la quema de la caña de azúcar por la hospitalización de niños y
ancianos debido a enfermedades respiratorias (Nicolella 2010). Aunque algunos estudios
acerca del impacto de la quema de caña de azúcar sobre la salud humana están en curso, se
requieren investigación y monitoreo adicionales, con el fin de concluir finalmente sobre el
impacto de estas emisiones cancerígenas aéreas.

Finalmente, la elección del vehículo usado en las carreteras colombianas afecta directamente el
consumo de combustible y por ende el impacto causado durante la producción de
combustibles. Los instrumentos políticos que apuntan a la promoción de vehículos eficientes y
suministro de alternativas de transporte (es decir, usando el transporte público) deberían ir de
la mano con la producción sostenible de combustibles.
138
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144
7 Anexos
7.1 Formato de recolección de datos agrícolas para caña de azúcar
1. Identificación -Ubicación
NOMBRE
EMPRESA
O
PRODUCTOR
PROVEEDOR DE:
DIRECCION
ZONA AGROECOLOGICA
MUNICIPIO
DEPARTAMENTO
AREA
TOTAL
DEL
CULTIVO
TIEMPO QUE LLEVA EN
LA ACTIVIDAD
COORDENADAS
DEL
SITIO
DATOS DE CONTACTO
DOCUMENTOS ANEXOS
145
REFERENCIAS
Variedad:
Características:
Procedencia:
Tipo:
Se utilizan semillas modificadas genéticamente?
Semilla
Cantidad de semilla utilizada por hectárea de cultivo
Tratamientos después de la cosecha antes de la siembra/productos y cantidades
Maquinaria, HERRAMIENTAS tipo de sembradoras, rendimiento, consumo de
combustible
146
Tiempo transcurrido desde la siembra hasta que se reemplaza el cultivo:
Tiempo transcurrido entre la última cosecha y la nueva siembra
Cultivos de rotación:
Actividades que se realizan si hay rotación:
Cuanto tiempo dura la quema (ha)
Rotación
Ciclo de vida- producción –resiembra
Cuanto del total del área total del cultivo cosecha en verde?
Rendimiento esperado en TCH
COSECHA
RENDIMIENTO TCH
EDAD MESES
CORTE 1
CORTE 2
CORTE 3
CORTE 4
CORTE 5
Cantidad de materia vegetal que queda en campo:
Que tratamiento le realiza a la materia vegetal que queda en campo después de
la cosecha?
147
Madurantes/ químicos y orgánicos
Fertilizantes/
NOMBRE
PRESENTACION
COMERCIAL
TIPO EMPAQUE
NOMBRE
PRESENTACION
CANTIDAD/HA
DOSIS/TIEMPO
FRECUENCIA
APLICACIÓN
CANTIDAD/HA
DOSIS/TIEMPO
FRECUENCIA
Herbicidas y pesticidas
APLICACIÓN
Que hace con los empaques de los fertilizantes y pesticidas?
148
Sistema de riego:
Frecuencia del riego:
Cantidad de agua utilizada por unidad de área o por tonelada producida:
Cantidad de agua reutilizada:
Riego Unidades /ha
Como determina la cantidad y frecuencia de riego:
Fuente de agua:
Como mide las cantidades de agua utilizadas?
Cuanto le cuesta el agua m3, a quien le paga?
Realiza análisis de agua? Con que frecuencia?
Ha tenido problemas por falta de agua o por exceso de la misma?
149
Secuencia de labores diferenciado por condición de suelo plantilla y socas
Frecuencia (cuantas veces por año, horas maquina o días hombre)?
Maquinaria utilizada (tractores, arados, volteadora) tiempo por unidad de área
Preparación de suelos/ plantilla y socas
(rendimiento)
Tipo de combustible utilizado cantidades:
Otros implementos necesarios o utilizados en la preparación del suelo (plantilla
y soca)
150
Cuál era el uso de esta tierra (10 años antes)
Tiene algún compromiso para restablecer ecosistemas aledaños lo hace?
Tiene algún plan de manejo o que cumplir medidas de compensación por la
actividad que desarrolla?
Paga algún tipo de impuesto por utilización de recursos naturales
Tiene áreas de reserva forestal, o cuerpos de agua protegidos?
Sabe en cual Grupo Homogéneo de suelos y en cual Zona agroecológica se
suelo
Calidad del
USO DEL SUELO ANTES DEL CULTIVO (10 AÑOS
Como se puede documentar el uso anterior de la tierra
encuentra su cultivo?
151
Realiza análisis de suelos antes de la preparación del lote de cultivo?
Medidas para mantener en el largo plazo la fertilidad del suelo?
Medidas para evitar la erosión del suelo?
OTRAS ACTIVIDADES
Describa las demás actividades relacionadas con el cultivo, utilización de mano
de obra, rendimientos por unidad de área y costos.
152
2. CATE - COSECHA ALCE TRANSPORTE Y ENTREGA DE CAÑA
Criterio
Descripción
de
los
medios de transporte
La cosecha es manual o mecánica? Cuál es el rendimiento promedio de la
actividad?
Kilómetros recorridos desde el corte hasta la planta
Tipo de vehículos utilizados
Tipo de combustible utilizado
Rendimientos por unidad de área
153
7.2 Formato de recolección de datos agrícolas para palma de aceite
EVALUACIÓN DEL CICLO DE VIDA DE LOS BIOCOMBUSTIBLES EN COLOMBIA
GUIA PARA EVALUACION DEL COMPONENTE AGRICOLA -PALMA DE ACEITE
Fecha: dd/mm/aaaa
A. Datos Básicos
Nombre de la plantación
Municipio
Departamento
Nombres y Apellidos de quien responde el formulario:
Nombre archivo anexo mapa ubicación
Teléfono:
Cargo:
Correo Electrónico:
Otros Datos:
B. Generalidades
154
Puede indicarnos por favor a cual planta de procesamiento va el fruto de esta plantación? Si es
más de una puede indicarnos el %
Cual fue la productividad promedio de su plantación en 2009 en TRFF/año
Cuál es el área total de la plantación en hectáreas:
Además del área en palma su predio (s) tiene áreas dedicadas a otros usos:
Tipo de uso
Área hectáreas
155
AREA POR EDAD (AÑOS)
Distancia
de
Vivero 0-1
variedad
Establecimiento
Joven 3-10
Adulta 11-24
1-3
siembra
Uso del área antes de la plantación de palma (para lotes sembrados después del año 2000
Área (ha)
Uso anterior del suelo
Realiza Planes de manejo ambiental, registrado en la Corporación Autónoma Regional?
156
Tienen áreas protegidas y cuerpos de agua: cuales? cuantas?
Realiza prácticas de conservación de suelos? Cuales
Podría por favor describir las labores realizadas a la plantación por grupo de edad y por
hectárea (promedio 2009)
Vivero 0-1 AÑOS
TIPO DE LABOR
UNIDAD
Describir si es manual o mecánico
(pases,
tipo de máquina, nombre de
gramos,
producto comercial utilizado
litros,
CANTIDAD
FRECUENCIA
jornales)
Podría por favor indicarnos las labores realizadas a la plantación por grupo de edad y por
Establecimiento 1-3 Años
157
TIPO DE LABOR
UNIDAD
Describir si es manual o
(pases,
mecánico tipo de máquina,
gramos, litros,
nombre de producto
jornales)
CANTIDAD
FRECUENCIA
comercial utilizado
JOVEN (3 A 7AÑOS)
TIPO DE LABOR
UNIDAD
(pases,
CANTIDAD
FRECUENCIA
158
gramos, litros,
nombre de producto
jornales)
comercial utilizado
Adulto (mayor de 7 Años)
TIPO DE LABOR
UNIDAD
(pases,
gramos, litros,
nombre de producto
jornales)
CANTIDAD
FRECUENCIA
159
comercial utilizado
Cantidad total de agua utilizada para riego (litros por hectárea/año )
EDAD
PROMEDIO
TIPO DE RIEGO
AREA (ha)
LITROS/ha/AÑO
VIVERO (>1AÑO)
160
ESTABLECIMIENTO (13 AÑOS)
JOVEN (3 A 7 AÑOS)
ADULTO (MAS DE 7
AÑOS)
FUENTES DE AGUA
Fuentes de agua
Como determina la
Reutiliza el agua o
cantidad y frecuencia de
realiza algún
riego
tratamiento?
161
Pago por utilización del recurso
Realizan análisis de agua
Con qué frecuencia
($/m3/año)
CUENTA CON MEDIDORES DE AGUA?: QUE TIPO?
COMO ES EL SISTEMA DE DRENAJE?
(AREA DE LA INFRAESTRUCTURA Y DIMENSIONES
(METROS LINEALES Y METROS CUBICOS)
CUANTA ÁREA DE LA PLANTACIÓN TIENE DRENAJE? (HECTÁREAS)
CUAL ES EL EFLUENTE DE LAS AGUAS DE DRENAJE DE LA PLANTACIÓN?
162
USO DE COMBUSTIBLE (PROMEDIO PLANTACION 2009) POR FAVOR DESAGREGUE SI LA
MAQUINARIA ES UTILIZADA EN OTROS PLANTACIONES
Consumos de combustibles y energía
Tipo
tecnología
maquinaria
utilizada
de No.
o
Rendimiento Sistema
(horas/Ha)
Consumo de energía
Consumo
de
Diesel
Gasolina
lubricantes
tracción
(gal/ton
(gal/Ton
(gal/ha)
RFF)
RFF)
Rastras
Cinceles
Subsolador
Ahoyado
mecánico
Tractor tipo 1
Tractor tipo 2
Motobombas
163
4.
Transporte Interno no mecánico
Tipo
de No.
tecnología
5.
Rendimiento
Sistema de tracción
(horas/Ha)
Transporte mecánico desde plantación a planta de beneficio
Tipo
tecnología
de No.
Rendimiento Sistema
(horas/día)
Consumo de energía
Consumo
de
Diesel
Gasolina
lubricantes
tracción
(gal/ton
(gal/Ton
(gal/ha)
RFF)
RFF)
Tractor
Camión tipo?
Tractomula
164
6.
Maquinaria para la aplicación de productos en el manejo fitosanitario
Tipo
de No.
tecnología
Rendimiento Sistema
(horas/Ha)
Consumo de energía
Consumo
de
Diesel
Gasolina
lubricantes
tracción
(gal/ton
(gal/Ton
(gal/ha)
RFF)
RFF)
Aspersores de
espalda
Pulverizadores
de motor
Bombas
estacionarias
165
7.3 Inventarios de los vehículos: Renault Logan
Tabla 95: Inventario del chasis (‘glider’).
166
Tabla 96:Inventario del árbol de transmisión con motor gasolina(‘drivetrain petrol’)
167
Tabla 97: Inventario del árbol de transmisión con motor diesel (‘drivetrain diesel’).
168
7.4 Metodologías ACV
7.4.1 Global Warming Potential – Potencial de Calentamiento Global
Los factores de caracterización mencionados este documento se pueden encontrar en el Resumen
Tercer Reporte de Evaluación del Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC) en la sección
de la base científica del siguiente link (cuadro 3, página I-39).
http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/vol4/spanish/pdf/wg1sum.pdf
7.4.2 Cumulative Energy Demand – Demanda Acumulada de Energía
Los factores de caracterización mencionados en este documento se pueden encontrar en el informe
de Ecoinvent.
http://www.ecoinvent.org/fileadmin/documents/en/03_LCIA-Implementation.pdf
169
7.4.3 Indicadores de Punto Medio y Punto Final
Para determinar el impacto de un producto particular en el ambiente, se cuantifican los impactos en
un grupo de categorías de impacto de punto medio, esto es, eutrofización, acidificación, smog de
verano28 o eco-toxicidad, posteriormente se relacionan estas categorías de punto medio orientadas a
problemas a puntos finales orientados a daños (es decir, “Salud Humana”, “Ecosistema” y “Recursos
Naturales”).
Emisiones /
consumos
destino
P
SO2
Nox
CFC
Cd
SALUD
NATURALEZA
Uso del suelo
CO2
CH4
VOS
efecto
daño
evaluacion integrada
Potencial de
Calentamiento Global
Datos del Invenario
Materias primas
exposicion
(GWP)
Formacion de smog
de verano
(SMOG)
Enfermadad
respiratoria
Daño a la Salud
Humana (HH)
emissions/
consumption
(MP)
Acidificación
(ACID)
Ecotoxicidad Terrestre
Eutrofización
(EUTR)
Daño a
Ecosistemas
(ES)
Ecoindicador 99
(ETOX)
DDT
N2O
RECURSOS
PAH
Demanda acumulada de
energia
(CED)
Agotamiento de
recursos no
renovables (RE)
Inventory data
Raw materials
Land use
CO2
CH4
VOS
P
SO2
NOx
CFC
Cd
PAH
DDT
N2O
...
…
indicadores de punto medio
Indicadores de punto final
relevancia par a la sociedad
exactitud cientifica
Figura 73: Presentación esquemática de los indicadores de impacto utilizados en este estudio. (Fuente: CUE)
De acuerdo con la norma ISO 14040, el EICV se desarrolla mediante dos pasos obligatorios
(clasificación y caracterización) y dos pasos opcionales (normalización y ponderación).
En un primer paso se seleccionaron los indicadores que son relevantes para este estudio. La selección
de categorías de impacto debe reflejar un conjunto completo de aspectos ambientales relacionados
28
Smog de verano: En los meses más calientes, la oxidación fotoquímica es causada por la acción de la luz solar en una mezcla de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno. Este smog contiene contaminantes secundarios tales como ozono, aldehídos y
partículas finas (http://www.epa.vic.gov.au).
170
con el sistema de producción estudiado, considerando el objetivo y el alcance. (ISO 14044). Los
impactos generados por los biocombustibles no solo incluyen los potenciales de calentamiento global,
sino también impactos en los ecosistemas, humanos y recursos (Searchinger). Por lo tanto, para este
estudio se seleccionaron los indicadores de punto medio y final más relevantes empleados por la
comunidad científica (Selección de indicadores) (ver Figura 73).
Una vez se seleccionan los indicadores, se asignan los resultados del ICV a las categorías de impacto
seleccionadas de acuerdo a la capacidad de las sustancias para contribuir a los diferentes problemas
ambientales (Clasificación).
En un segundo paso, se modela cuantitativamente el impacto de cada emisión de acuerdo con el
mecanismo de (Caracterización). El mecanismo de causa y efecto se basa en los modelos de destino,
exposición y efecto. El impacto se expresó como una calificación del impacto en una unidad que es
común para todos los contribuyentes a la categoría de impacto (ejemplo: kgCO2_equivalente por GEI
que contribuyen a la categoría de cambio climático) mediante la aplicación de factores de
caracterización. Un factor de caracterización es un factor específico de una sustancia calculado con un
modelo de caracterización para expresar el impacto del flujo elemental en términos de la unidad
común del indicador de categoría.
Como una alternativa, las diferentes calificaciones de impactos caracterizadas se relacionan a una
referencia común (Normalización), por ejemplo los impactos causados por una persona durante un
año, con el fin de facilitar las comparaciones a través de las categorías de impacto. Por último, se
realiza una (Ponderación) de las diferentes categorías de impactos ambientales reflejando la
importancia relativa de los impactos considerados en el estudio.
En este estudio se seleccionaron las siguientes categorías de impacto de punto medio, las cuales se
basan en modelos de impacto bien definidos y aceptados internacionalmente (CML, Eco-indicador 99,
CED).
7.4.3.2 Metodología de Evaluación de Impactos CML (puntos medios)
La explicación de las categorías de impacto ambiental mencionadas en esta sección, se puede
encontrar en el siguiente link.
http://media.leidenuniv.nl/legacy/new-dutch-lca-guide-part-2a.pdf (a partir del ítem 4.3.3.2 página 57)
Los valor de los factores de caracterización para cada categoría de impacto, mencionados en el
documento del link anterior, se encuentran en el siguiente link (a partir del ítem 4.3.1, pagina 51).
http://media.leidenuniv.nl/legacy/new-dutch-lca-guide-part-2b.pdf.
171
Tabla 98: Indicadores de punto medio empleados en este estudio
Indicador
Abrev.
Unidades
Comentarios
Referencia
Eutrofización
(también
conocida
como
nutrificación) incluye todos los impactos
Eutrofización
EUTRO
kg PO4 eq.
debido
a
los
niveles
excesivos
de
macronutrientes en el ambiente causados
CML
por las emisiones de nutrientes al aire, agua
y suelo.
Las sustancias que acidifican generan un
Acidificación
ACID
kg SO2 eq.
amplio rango de impactos en el suelo, agua
superficial
y
subterránea,
organismos,
CML
ecosistemas y materiales (edificios).
PAF (Fracción potencialmente afectada) se
mide con base en los datos de toxicidad de
Eco- toxicidad
ETOX
2
PAF*m yr
los organismos terrestres y acuáticos como
(EI99)
microorganismos, plantas, lombrices, algas,
anfibios, moluscos, crustáceos y peces.
La formación foto-oxidante S la formación
de
Oxidación
fotoquímica
SMOG
kg C2H4 eq.
sustancias
reactivas (principalmente
ozono) las cuales son perjudiciales para la
salud humana y los ecosistemas y puede
CML
causar daños a los cultivos. Este problema
se indica también con el “smog de verano
Enfermedades
respiratorias
MP
DALY
Considerando PM10, PM2.5, PST, NOx, CO,
VOCs and SOx
(EI99)
Los indicadores de punto medio se calcularon empleando modelos ambientales relativamente
robustos, los cuales implican menor incertidumbre en el indicador comparados con los métodos de
punto final. De otro lado, los indicadores de punto final reflejan la importancia relativa de las
extracciones y emisiones del inventario de ciclo de vida y son generalmente datos más entendibles por
los tomadores de decisión (LCA journal 2000). Por lo tanto, no solo los indicadores de punto medio,
sino también los indicadores de punto final, Eco-indicador 99, se emplearon en este estudio.
172
7.4.3.3 Metodología de Evaluación de Impactos Ecoindicador 99 (punto final)
La explicación de la clasificación de las categorías de impacto (puntos medios) en daños a la
Salud, Ecosistema y Recursos y su Normalización y ponderación hasta un punto final (Punto
de Impacto Ambiental) se encuentra en el reporte de la metodología en el siguiente link.
http://www.pre.nl/content/reports
El objetivo del Eco-indicador 99 es evaluar holísticamente el impacto al medio ambiente con base en
un enfoque de desagregación. Así, el punto de inicio fue definir el término “ambiente”. Esto fue
realizado en un panel con especialistas europeos en ACV, donde se identificaron tres áreas de
protección (Salud humana, ecosistema y recursos naturales), las cuales se describen a continuación:
Salud humana: Esta categoría incluye el número y duración de enfermedades y días perdidos debido
a muerte prematura por causas ambientales. El daño a la salud humana se expresa en DALY (años de
vida ajustados por discapacidad) y los siguientes efectos son: Cambio climático, agotamiento de la
capa de ozono, efectos cancerígenos, efectos respiratorios y radiación ionizante (nuclear).
Calidad del Ecosistema: Bajo esta categoría se incluye el efecto en la diversidad de especies,
especialmente para plantas vasculares, y organismos inferiores. El daño en la calidad del ecosistema se
expresa como un porcentaje de las especies que han desaparecido en cierta área debido a la carga
ambiental y a los efectos de eco-toxicidad, acidificación, eutrofización y uso del suelo.
Recursos naturales: esta categoría incluye el exceso de energía necesaria en el futuro para extraer
recursos minerales y fósiles de calidad inferior. El daño en los recursos naturales es la energía extra
requerida para la extracción futura. El agotamiento de los recursos agrícolas y en bulto como arena y
grava se considera en el uso del suelo.
En la Figura 74 se presenta una visión esquemática sobre el modelo de daño.
173
Figura 74: Visión esquemática sobre el modelo de daño del Eco-indicador 99. (Fuente: VROM 2000)
Como se indica en la Figura 74, las tres áreas de protección (Salud Humana, Ecosistemas y Recursos)
pueden ser ponderadas entre sí a fin de obtener un único puntaje agregado. Los factores de
ponderación propuestos por la metodología de Eco-indicador 99 se derivan de un panel de expertos
en ACV. Existen además otros métodos de puntos finales (i.e. impacto 2000 y método de escasez
ecológica). Sin embargo, el Eco indicador es ampliamente aceptado en la comunidad científica
internacional. Los resultados indican que los miembros del panel encuentran el daño a la salud tan
importante como el daño a la calidad del ecosistema, mientras el daño de los recursos naturales se
considera de importancia media.
Obviamente, la ponderación de las áreas de protección para obtener un único puntaje depende de las
preferencias personales de selección, y de esta manera no es representativo. Además los mecanismos
para determinar el daño son adaptados para condiciones ambientales Europeas y podrían no ser
adecuadas para las condiciones Colombianas. No obstante, la ventaja del método de Eco-indicador es
que los impactos se consolidan en un puntaje único, lo que permite una mayor facilidad para la toma
de decisiones. De este modo, el uso del Eco-indicador 99 con varios indicadores de punto medio se
justifica si los resultados se discuten e interpretan correctamente.
Los cálculos de ACV se realizaron con Simapro v7.2 (PRé Consultant 2010).
174
7.4.3.4 Limitaciones del estudio
La evaluación de los impactos ambientales en el ciclo de vida por lo general requiere un gran conjunto
de datos y suposiciones del modelo. Mediante la recopilación de los valores reales de campo de cada
etapa del ciclo de vida - tales como el cultivo y procesamiento - y mediante el estado del arte de los
modelos de emisión, se trató de maximizar la precisión de los datos.
También el enfoque metodológico utilizado en el presente estudio presenta ciertas limitaciones, ya
que el ACV se emplea para estimar los impactos ambientales sobre el ciclo de vida, sin embargo,
actualmente no existen modelos de impacto ambiental para los diferentes entornos en Colombia, y en
su
defecto
se
utilizaron
los
indicadores
del
estándar
Europeo.
Esta
aproximación
puede generar errores y por lo tanto los resultados del impacto ambiental total (sobre la biodiversidad
- incluida en Eco indicador 99 -, la eutrofización, la acidificación, la oxidación fotoquímica, etc.) deben
ser interpretados críticamente.
A continuación se presentan los resultados obtenidos en la evaluación de impactos de puntos medios
y puntos finales para combustibles fósiles, etanol de caña de azúcar y biodiesel de palma, de acuerdo
a las categorías de impacto seleccionadas en este anexo.
7.4.3.5 Resultados - Combustibles fósiles
Impactos ambientales de punto medio
En la Figura 75 se comparan los diferentes impactos ambientales para Colombia (vehículo Logan) y
California (vehículo de pasajeros estándar). Generalmente el análisis de ciclo de vida muestra un alto
impacto para los vehículos de California. Esto es posible, ya que el consumo de combustible y las
emisiones para el parque automotor internacional promedio es superior al vehículo colombiano
considerado moderno con nivel de emisiones EURO4. Además, generalmente los vehículos en
Colombia poseen una vida útil mayor y por lo tanto el impacto de la infraestructura (barra gris) es
menor que en California.
175
Figura 75: Comparación del vehículo estándar de pasajeros en Colombia y California (por vehicle.km). (Fuente:
CUE).
Si la gasolina y el diesel se utilizan en un vehículo similar, los impactos no difieren significativamente, a
excepción del material particulado (MP) y el SMOG. En general, los vehículos a diesel emiten
más MP que los vehículos alimentados con gasolina debido a la combustión incompleta, lo que explica
la diferencia en los resultados. El resultado del SMOG depende principalmente de la emisión de
monóxido de carbono CO. Debido a las incertidumbres en el inventario estándar de Ecoinvent para
los datos internacionales, el impacto del uso del automóvil diesel americano parece estar subestimado,
mientras que el impacto del uso del mismo automóvil americano a gasolina está sobreestimado. Los
datos para el uso de automóviles en Colombia han sido verificados y adaptados para este estudio y los
resultados son confiables.
Impacto ambiental agregado
El impacto ambiental total, medido en puntos de Eco-indicador 99, es mayor para un kilómetro
conducido en Estados Unidos que en Colombia (145% para diesel y 130% para gasolina). Esto es
posible ya que el consumo de combustible y las emisiones para la flota promedio internacional son
más altos que el moderno vehículo colombiano con nivel de emisiones EURO4 considerado en este
estudio. Además, los vehículos tienen, en general, mayor vida útil en Colombia (300.000 km) y así el
impacto de la infraestructura (barra gris) es menor que en California (150.000 km).
176
Figura 76: Impacto ambiental total medido como puntos de Eco-indicador 99 del vehículo estándar de Colombia y
California (por vehiculo.km) (Fuente: CUE).
Como se muestra en la
Figura 76, el impacto ambiental más alto se debe a la extracción de aceite crudo por el agotamiento
de los recursos no renovables. El mayor impacto en la refinación de gasolina está relacionado con el
mayor consumo de energía por MJ de combustible comparado con el diesel.
7.4.3.6 Resultados - Etanol de caña de azúcar.
Si se tienen en cuenta otros impactos ambientales aparte del calentamiento global, el etanol de caña
de azúcar muestra un impacto superior al de los combustibles fósiles. Los impactos ambientales más
altos son causados principalmente por la fase de cultivo.
Figura 77: Impactos ambientales del etanol de caña de azúcar por vehículo.km especificados por etapa de producción. (Fuente: CUE).
177
El impacto en acidificación y eutrofización es causado principalmente por emisiones en el cultivo
debido a la aplicación de fertilizantes (emisiones de amoniaco y fosfato).
El impacto en la eco toxicidad se debe a los metales pesados contenidos en el fertilizante, combustible
quemado y el desgaste de los neumáticos, los cuales contaminan el suelo.
Un efecto dominante del cultivo de la caña de azúcar es la quema previa del cultivo, la cual contribuye
al smog de verano (debido a las emisiones de CO) y los efectos en la salud humana (enfermedades
respiratorias) debido a la emisiones de material particulado (MP). Sin embargo, el efecto de la quema
previa del cultivo en la salud humana ha creado controversia. Algunos estudios revelan que no existe
un efecto significativo en la salud de la población local (Goldemberg 2007), mientras otros estudios
declaran un efecto negativo en la quema de caña de azúcar en niños y adultos mayores, debido a
enfermedades respiratorias (Nicolella 2010). En este estudio, el impacto de la generación de MP
durante la quema previa de los cultivos se asume para áreas con baja población. No obstante, el
resultado podría sobreestimar el impacto en la salud humana.
El principal impacto de la producción de etanol en términos de emisiones de MP puede relacionarse
con las emisiones de MP y NOx debido a la combustión del bagazo.
Como se observa en la Figura 78, el impacto ambiental agregado – medido en puntos del Ecoindicador 99 – del bioetanol, es ligeramente mayor que el combustible fósil (141%). Específicamente, la
fase de cultivo contribuye al impacto ambiental global y es causado por el impacto en la salud humana
debido al material particulado emitido por la quema antes de cosecha (35% del impacto del Ecoindicador 99). Adicionalmente, la ocupación del suelo, que previene que el área se regenere a
vegetación natural, contribuye al puntaje del Eco-indicador 99 (aproximadamente la mitad del impacto
global). La carga ambiental principal del proceso de producción de etanol puede ser atribuida a la
emisión de NOx y Material Particulado de la combustión de bagazo.
Figura 78: Impacto ambiental total (medido en puntos de Eco-indicador 99) del etanol de la caña de azúcar por
vehiculo.km especificado para la etapa de producción. (Fuente: CUE)
178
Valores de impacto
Los valores detallados de indicadores individuales se muestran en la Tabla 99.
Tabla 99: Indicadores de impactos punto medio y punto final de etanol de caña de azúcar por vehículo-kilómetro
Indicador
Unidades
E100 Col,
máx.
E100, Col,
promedio
E100, Col,
min
gasolina
Col
ACID
kg SO2eq/v.km
8.94E-04
8.44E-04
4.22E-04
4.49E-04
EUTRO
kg PO4-eq/v.km
6.79E-04
4.59E-04
2.63E-04
1.04E-04
ETOX
PAF*m2yr/v.km
7.72E-01
3.20E-01
2.18E-01
1.44E-01
SMOG
kg C2H4eq/v.km
7.16E-04
7.15E-04
7.07E-04
5.25E-05
MP
DALY/v.km
3.55E-08
1.42E-08
1.16E-08
8.06E-09
EI99
EI99 points/v.km
2.22E-02
2.15E-02
1.97E-02
1.52E-02
7.4.3.7 Resultados - Biodiesel de aceite de palma
Si se toman en cuenta otros impactos diferentes al calentamiento global, el biodiesel de palma
muestra mayores impactos que los combustibles fósiles (Ver Figura 79).
Figura 79: Los impactos ambientales del biodiesel de palma por vehiculo.km especificados por etapa de producción.
(Fuente: CUE)
El impacto de la acidificación y eutrofización es causado principalmente por las emisiones del cultivo
debido a la aplicación de fertilizantes (emisiones de amoníaco y fosfato). Los efectos en la Eco
toxicidad son generados por la combustión del combustible y al desgaste de los neumáticos
(principalmente emisiones de zinc), las cuales contaminan la atmósfera y el suelo. El smog de verano
es causado por las emisiones del proceso y durante la fase de uso (CO 2 y óxidos de azufre). El impacto
179
principal de la producción de biodiesel en términos de las emisiones de MP puede relacionarse con las
emisiones de MP y NOx en los procesos de cogeneración.
Como se observa en la Figura 80, el impacto ambiental agregado -medido en puntos de Eco indicador
99- de biodiesel es superior comparado con el diesel fósil (143% en promedio). La fase de cultivo
contribuye especialmente al impacto ambiental total y se genera por la ocupación del suelo,
previniendo que el área se regenere naturalmente (alrededor del 70% del impacto). El impacto
remanente del cultivo se genera por las emisiones de metales pesados (cerca de 10 a 20%) y la
producción de fertilizantes (cerca del 10%). La principal carga del proceso de producción de biodiesel
puede relacionarse con las emisiones de MP y NOx debido a la combustión de fibras y cuescos.
Figura 80: Impacto ambiental total (medido como puntos de Ecoindicador 99) del biodiesel por vehículo.km específico para la etapa de producción. (Fuente: CUE).
Valores de impacto
Los valores detallados de los indicadores se muestran en la Tabla 99.
Tabla 100: Impactos de punto medio y punto final de biodiesel de palma por vehículo-kilometro
B100, mín.
B100,
promedio
Col
B100,
máx.
diesel Col
Indicador
Unidades
ACID
kg SO2eq/v.km
kg PO4eq/v.km
3.69E-04
5.35E-04
5.72E-04
4.04E-04
3.41E-04
8.34E-04
1.22E-03
1.29E-04
PAF*m2yr/v.km
kg
C2H4eq/v.km
7.47E-02
1.46E-01
2.00E-01
1.42E-01
4.02E-05
4.19E-05
4.43E-05
3.17E-05
DALY/v.km
EI99
points/v.km
9.16E-09
1.09E-08
1.12E-08
8.27E-09
1.71E-02
1.88E-02
1.96E-02
1.31E-02
EUTRO
ETOX
SMOG
MP
EI99
180
7.4.3.8 Resultados - Opciones de mezcla y exportación a California
La Figura 81 y Figura 82 muestra el impacto ambiental agregado para etanol (E100 y E10) de la caña
de azúcar colombiana y el biodiesel de la palma de aceite e Colombia empleados en California y
Bogotá.
El impacto agregado está influenciado por el consumo de combustible, el peso del vehículo, la vida
útil del vehículo y la infraestructura. Así, el impacto ambiental agregado de conducir un vehículo estándar es mayor que en Colombia.
Para el etanol producido en el Valle Geográfico del Río Cauca el impacto del transporte, ya sea a
Bogotá (9% de la cuota) o a Los Ángeles (6% de la cuota), es marginal como se ilustra en la Figura 81.
Figura 81: Impacto ambiental agregado del etanol promedio colombiano (E10 y E100) empleado en Bogotá y California. (Fuente: CUE)
Los resultados de potencial de calentamiento global y Eco indicador 99 para el biodiesel presentan
una tendencia similar. En general en más importante que las distancias de transporte de la biomasa
(del cultivo a la planta de procesamiento) sean lo más cortas posible, ya que la contribución del
transporte de los combustibles al impacto total es mínima.
181
Figura 82: Impacto ambiental agregado del biodiesel promedio colombiano (B100 y B10) empleado en Bogotá y
California. (Fuente: CUE)
7.4.3.9 Resultados - Comparación de los biocombustibles colombianos con otros biocombustibles
En la Figura 83 se presenta el impacto ambiental total (medido en puntos de Eco indicador) de los biocombustibles colombianos comparados con las diferentes cadenas de valor internacional de biocombustibles y combustibles fósiles (gasolina y petróleo).
El impacto ambiental agregado de los biocombustibles es en promedio mayor que el de los combustibles fósiles, debido principalmente a los impactos en la producción agrícola. En la agricultura europea,
la acidificación del suelo y el uso excesivo de fertilizantes son los principales causantes de los impactos
ambientales. En el caso de la agricultura tropical, los principales impactos pueden provenir de la pérdida de biodiversidad, contaminación del aire causada por la deforestación y la toxicidad de los pesticidas. Los altos valores para el trigo de la producción europea pueden explicarse por la baja productividad promedio de la cosecha de trigo en Europa.
En general, lo biocombustibles colombianos presentan un buen desempeño comparados con otras
cadenas de valor de biocombustibles. El etanol producido en Colombia a partir de la caña de azúcar
muestra un mejor desempeño ambiental comparado con el etanol de Brasil. El biodiesel de Colombia
182
genera emisiones más bajas de GEI que el biodiesel de Malasia, debido principalmente al incremento
en las reservas de carbono por el cambio del uso del suelo.
Figura 83: Impacto ambiental agregado (método de Eco indicador 99) de los biocombustibles colombianos comparados con otras cadenas de valor de biocombustibles. (Fuente: CUE)
Los combustibles colombianos fueron adaptados para el vehículo estándar de Ecoinvent, otros combustibles se basaron en Zah et al., 2007.
Potencial de calentamiento global vs impacto ambiental agregado
En la Figura 84 se resumen las emisiones de GEI y la evaluación del impacto ambiental total de los
biocombustibles comparados con los biocombustibles internacionales relativas al petróleo fósil
(100%). El área verde señala los combustibles que son mejores que los combustibles fósiles en ambas
183
dimensiones, que en esta figura solo es el caso del biodiesel de plantas de aceite de reciclado y etanol
de remolacha azucarera.
Figura 84: Representación en dos dimensiones de las emisiones de GEI y el impacto ambiental total (Eco indicador
99) para caña de azúcar (azul) y palma de aceite (rojo).
7.4.3.10
Discusión y conclusiones
El objetivo del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es evaluar el impacto ambiental de los biocombustibles
más relevantes para Colombia (etanol de caña de azúcar y biodiesel de palma de aceite) sobre todo el
ciclo de vida comparado con el de los combustibles fósiles (gasolina y diesel). El impacto ambiental
promedio de los biocombustibles evaluados se comparó con los estándares internacionales de
sostenibilidad, los cuales proveen un primer indicio sobre un factor clave relacionado con el potencial
de exportación de los biocombustibles colombianos. Además, los factores críticos y sensibles que
influyen en el desempeño ambiental son determinados y medidos para su mejoramiento.
La evaluación del impacto ambiental promedio de los biocombustibles colombianos está basada en
los datos de campo de los cultivos de materia prima para biocombustibles e instalaciones de proceso
184
representativos para Colombia. Los datos fueron validados por expertos y complementados con
valores de la literatura y de la base de datos Ecoinvent.
En la parte siguiente se discutan los impactos de los biocombustibles en acidificación, eutrofización,
eco-toxicidad, smog y material particulado, así como el impacto ambiental global.
Etanol de caña de azúcar
Cuál es impacto ambiental total del etanol de la caña de azúcar colombiano?
El impacto ambiental agregado – medido en puntos del Eco-indicador 99 – del bio-etanol es
levemente mayor que para la gasolina fósil (141%). Específicamente, la fase de cultivo contribuye con
el impacto ambiental total y es causado por el impacto sobre la salud humana debido a las emisiones
de material particulado generadas por la quema de la caña antes de la cosecha (35% del Eco-indicador
99) y la ocupación del suelo, que impide que el área se regenere a la vegetación natural (cerca de un
50% del Eco-indicador 99). Comparado con biocombustibles de otros países, los resultados del Ecoindicador 99 para el etanol de caña de azúcar colombiano son considerablemente favorables.
Es importante resaltar nuevamente que el Eco-indicador 99 está basado en el “ambiente” europeo y la
evaluación de impactos no está regionalizada para las condiciones colombianas.
Cuáles son las transferencias de impactos ambientales del Etanol de Caña de Azúcar Colombiano?
Si además de las emisiones de GEI (Gases Efecto Invernadero) y la Demanda Acumulada de Energía no
renovable, se consideran otros indicadores ambientales, los biocombustibles muestran impactos
adicionales respecto a los combustibles fósiles (ver Tabla 101 ). La extracción de petróleo crudo y el
procesamiento de combustibles fósiles son relativamente sencillos y posee menos impactos, por
ejemplo, en eutrofización y acidificación que los biocombustibles.
Tabla 101: Impactos ambientales de punto medio del etanol de caña de azúcar comparados con combustible fósil
(Verde: Impacto menor. Naranja: impacto mayor). Fuente; CUE.
Potencial
calentamiento
global
Menor
de
Demanda
acumulada de
energía
no
Acidificación
Eutrofización
Eco-toxicidad
Smog
Mayor
Mayor
Mayor
Mayor
Material
particulado
renovable
Menor
Mayor
Los impactos ambientales de los biocombustibles suceden principalmente en la fase de cultivo,
requiriendo grandes extensiones de tierra y diferentes factores de producción como fertilización y
maquinaria. Especialmente la producción intensiva en energía de fertilizantes y las emisiones del
185
cultivo (amoniaco, nitrato, fosfato y metales pesados contenidos en los fertilizantes) afectan la calidad
del aire, agua y suelo (acidificación, eutrofización, y eco-toxicidad). Adicionalmente, la quema de la
caña de azúcar antes de la cosecha tiene un impacto significativo sobre la calidad del aire y por lo
tanto podrían afectar el ambiente así como también la salud humana (Smog y Material Particulado).
Sin embargo, el efecto sobre la salud humana a partir de la quema de la caña antes de la cosecha es
un tema discutido polémicamente. Algunos estudios revelan que no hay un efecto significativo en la
salud de la población local (Goldemberg, J. 2007), mientras otros estudios declaran un efecto negativo
de la quema de la caña de azúcar por la hospitalización de niños y ancianos debido a enfermedades
respiratorias (Nicolella 2010).
Sin embargo, estos impactos ambientales dependen altamente en la sensibilidad del ambiente y por lo
tanto son fenómenos locales. Dado que actualmente no hay disponible una metodología de
evaluación de impactos específica para el medio ambiente colombiano, se usaron modelos europeos.
Por lo tanto, aparte de los indicadores GWP y CED, los resultados de los indicadores restantes tienen
que ser interpretados muy críticamente.
Biodiesel de aceite de palma
Cuál es impacto ambiental total del biodiesel de palma colombiano?
Como se muestra en la Figura 83, el impacto ambiental agregado del biodiesel – medido en puntos
del Eco-indicador 99 - es mayor que para el combustible fósil (por un 143%). Específicamente, la fase
de cultivo contribuye con impacto ambiental total y es causado por la ocupación del suelo, que impide
que el área se regenere a la vegetación natural (aproximadamente el 70% del impacto) y la fertilización
(aproximadamente con el 20% del impacto).
Es importante resaltar nuevamente que el Eco-indicador 99 está basado en el “ambiente” europeo y la
evaluación de impactos no está regionalizada para las condiciones colombianas.
Los valores son relativos a la gasolina fósil de referencia (100%). Área verde significa menores
emisiones de GEI y menor impacto ambiental total que la gasolina. (Fuente: CUE, biocombustibles
adaptados para el vehículo estándar de Ecoinvent, otros biocombustibles basados en Zah et al., 2007).
Cuáles son las transferencias de impactos ambientales del biodiesel de palma colombiano?
Si además de las emisiones de GEI (Gases Efecto Invernadero) y la Demanda Acumulada de Energía no
renovable, se consideran otros indicadores ambientales, los biocombustibles generalmente muestran
impactos más altos que los combustibles fósiles (ver Tabla 102). Especialmente la producción de
fertilizantes intensiva en energía y las emisiones del cultivo (amoniaco, nitrato, fosfato y metales
pesados contenidos en los fertilizantes) afectan la calidad del aire, agua y suelo (impactos sobre la
186
acidificación, eutrofización y eco-toxicidad). El smog de verano es causado principalmente por las
emisiones del procesamiento y durante la fase de uso del biocombustible (CO x y óxidos de azufre). El
principal impacto de la producción de biodiesel en términos de Material Particulado (MP) puede ser
asociado a las emisiones de MP y NOx del proceso de cogeneración.
Tabla 102: Impactos ambientales de punto medio del biodiesel comparados con combustible fósil (Verde: Impacto
menor. Naranja: impacto mayor). Fuente; CUE.
Potencial
de
calentamiento
global
Demanda
acumulada de
energía
no
Acidificación
Eutrofización
Mayor
Mayor
Ecotoxicidad
Smog
Material
particulado
renovable
Menor
Menor
Mayor
Mayor
Mayor
Sin embargo, estos impactos ambientales dependen altamente en la sensibilidad del ambiente y por lo
tanto son fenómenos locales. Dado que actualmente no hay disponible una metodología de
evaluación de impactos específica para el medio ambiente colombiano, se usaron modelos europeos.
Por lo tanto, aparte de los indicadores GWP y CED, los resultados de los indicadores restantes tienen
que ser interpretados muy críticamente.
Conclusiones

Si además de las emisiones de GEI (Gases Efecto Invernadero) y la Demanda Acumulada de
Energía no renovable, se consideran otros indicadores ambientales, los biocombustibles
generalmente muestran otros impactos comparados con los combustibles fósiles. El impacto
sobre la acidificación, eutrofización y eco-toxicidad es causado principalmente por la aplicación
de fertilizantes y pesticidas. Estos impactos negativos pueden ser minimizados mediante la
implementación de buenas prácticas agrícolas y la consideración de tratamientos alternativos,
por ejemplo, controles orgánicos de insectos y pestes. En este sentido, es crucial la
investigación internacional y nacional (específicamente Cenicaña y Cenipalma) y la
diseminación e implementación de los últimos descubrimientos de investigación, para el
cultivo de cosechas amigables con el medio ambiente.

Asimismo, los resultados del Eco-indicador 99 manifiestan la tendencia de la evaluación de
impactos de punto medio, mostrando que los biocombustibles generalmente causan un estrés
ambiental mayor en comparación con los combustibles fósiles. Aunque la metodología de
indicadores de punto medio y específicamente para el Eco-indicador 99 no está adaptada para
las condiciones ambientales de Colombia, es importante no usar, como indicadores
187
ambientales, solamente el Potencial de Calentamiento Global y Demanda Acumulada de
Energía, sino también centrarse en otros aspectos ambientales.
188

Capitulo II: Estudio ACV – Impacto Ambiental

Transcripción

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