Los límites y el potencial de la energía de las plantas: agrocombustibles

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04/10/2010
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Septiembre, 2010.- A medida que se agotan el petróleo y las reservas de gas natural, la atención del mundo se está centrando cada vez más hacia las fuentes de energía basadas en plantas. Éstas incluyen los cultivos de plantas comestibles, los subproductos de la industria del bosque, los subproductos de la industria de azúcar, las plantaciones de árboles de crecimiento rápido, los residuos de la cosecha, y los residuos de árboles urbanos y de jardines; todo puede usarse para la generación eléctrica, la calefacción, o la producción de combustibles para coches.

El uso potencial de fuentes de energía basadas en plantas es limitado porque incluso el maíz, -la cosecha de grano más eficiente-, solo puede convertir el 0.5% de la energía solar en una forma usable. En cambio, la energía solar fotovoltaica o las centrales termosolares convierten casi el 15% de luz del sol en una forma usable: la electricidad. En un mundo escaso en tierras, las cosechas de energía no pueden competir con la electricidad solar, ni mucho menos con la energía eólica, de lejos la más eficiente en ocupación de tierras.

Plantación de colza (Brassica napus) para producir aceite de colza para biocombustible

La combustión de residuos vegetales para producir calor y electricidad
En la industria de los productos forestales, incluyendo tanto serrerías como molinos de papel, los residuos vegetales se han utilizado desde tiempo atrás para generar electricidad. Empresas estadounidenses queman residuos forestales tanto para producir el calor de procesado para su propio uso, como para generar electricidad para vender a las compañías eléctricas locales. Los 11.000 megavatios de generación eléctrica basada en plantas de los EE.UU. vienen sobre todo de quemar residuos del bosque.

El residuo de madera es también ampliamente utilizado en las zonas urbanas para la producción combinada de calor y de electricidad, con el calor usado típicamente en sistemas de calefacción urbana. En Suecia, casi la mitad de todos los edificios residenciales y comerciales disponen de sistemas de calefacción urbana por distritos. Tan recientemente como en 1980, el petróleo importado suministraba sobre el 90% del calor para estos sistemas, pero en 2007 el petróleo 2007 había sido substituido en gran parte por pedazos de madera y residuo urbana.

En los Estados Unidos, la ciudad de Saint Paul, en Minnesota, una ciudad de 275.000 personas, comenzó a desarrollar la calefacción urbana hace más de 20 años. Construyó una central combinada de electricidad y calor, que utilizaba los residuos de los árboles de los parques de la ciudad, el residuo de madera industrial, y la madera de otras fuentes. La planta, usando 250.000 toneladas o más de madera inútil por año, ahora distribuye calefacción urbana a cerca del 80% de las residencias del centro de la ciudad. Este cambio a el residuo de madera substituyó en gran parte el carbón, simultáneamente recortando las emisiones de carbono en 76.000 toneladas por año y proporcionando una fuente sostenible de calor y de electricidad.

Destilando la caña de azúcar: el etanol
La industria de azúcar ha comenzado recientemente a quemar el residuo de la caña para cogenerar calor y electricidad. Esto levantó una gran expectación en Brasil, cuando las destilerías del etanol de caña de azúcar se dieron cuenta que quemando el bagazo, el material fibroso dejado después de que se extraiga el jarabe de azúcar, podría producir simultáneamente el calor para su proceso de fermentación y generar la electricidad que podrían vender a la compañía eléctrica local. Este sistema, ahora establecido, se está difundiendo a las fábricas de azúcar en otros países.

Planta de procesado de azúcar para producir etanol localizada en in Piracicaba, estado de São Pauloen Brasil. Esta planta produce la electricidad que necesita para funcionar de los residuos de la caña de azúcar, el bagazo dejado del prensado de la caña, y vende el excedente de producción a la red eléctrica pública. Fuente: Wikipedia.

Dentro de ciudades, los residuos también se queman para producir calor y energía después de que, se supone, se haya extraído cualquier material reciclable. En Europa, las plantas “de residuos a energía” suministran calor a 20 millones de consumidores. Francia, con 128 plantas, y Alemania, con 67 plantas, son los líderes europeos. En los Estados Unidos, cerca de 89 de estas plantas convierten 20 millones de toneladas de residuos en la energía para 6 millones de consumidores. Sin embargo, sería preferible trabajar hacia una economía de cero-residuos, donde la energía invertida en materiales combustibles podría ser recuperada en gran parte reciclando.

Aprovechando los vertederos: el metano
Hasta que consigamos el residuo cero, el metano (gas natural) que se produce en los vertederos existentes, a medida que los materiales orgánicos enterrados en los residuos se descomponen, se puede también explotar para producir calor de proceso industrial o para generar electricidad en centrales combinadas de electricidad y calor. Puget Sound Energy planeó una central eléctrica de gas de 35 megavatios para extraer el metano del vertedero de Seattle, y se une a las más de 100 otras centrales eléctricas similares en funcionamiento en Estados Unidos.

Cerca de Atlanta, Interface, -el fabricante más grande del mundo de alfombra industrial-, convenció la ciudad para invertir 3 millones de US$ en la captura de metano del vertedero municipal y construir una tubería de 9 millas hasta una fábrica de Interface. El gas natural en esta tubería, tasado un 30% por debajo del precio de mercado mundial, cubre el 20% de las necesidades de la fábrica. El vertedero proyecta suministrar el metano por 40 años, ganando para la ciudad 35 millones de US$ en su inversión original mientras que reduce los costes para Interface.

Las cosechas también se utilizan para producir combustibles de coches. En 2009 el mundo produjo casi 72.000 millones de litros de combustible de etanol, y 15.000 millones de litros de biodiesel. La mitad del etanol vino de Estados Unidos, un tercio de Brasil, y el resto de una docena de otros países, encabezados por China, Canadá y Francia. Alemania y Francia son responsables de un 30% combinado de la producción de biodiesel del mundo; los otros productores principales son Estados Unidos, Argentina, Brasil, España e Italia.

Surtidor de gasolina y de etanol en Brasil. Fuente: Wikipedia.

Los agrocombustibles, bajo sospecha

Anunciados extensamente como la alternativa al petróleo, los combustibles basados en cosechas han estado bajo escrutinio estos últimos años, levantando serias dudas sobre su viabilidad. En Estados Unidos, que adelantaron a Brasil en producción de etanol en 2005, la casi duplicación de la producción durante 2007 y 2008 ayudó a empujar los precios de los alimentos del mundo al punto más alto. En Europa, los altos objetivos acordados para el uso del biodiesel combinados con un bajo potencial para extender la producción de semilla oleaginosa en su territorio, provocó que los refinadores de biodiesel estén buscando aceite de palma en Malasia e Indonesia, generando el desbroce y la deforestación de selvas tropicales para sustituirlas por plantaciones de palma.

En un mundo donde ya no hay excedentes de tierras de cosecha, cada hectárea plantada de maíz para etanol significa que otra hectárea se debe deforestar en alguna otra parte para cultivo. Un estudio de principios de 2008 dirigido por Tim Searchinger de la Universidad de Princeton que fue publicada en la revista Science demostró que cuando se incluye el desbroce de tierras en las zonas tropicales, la ampliación de la producción de agrocombustibles en los EE.UU. hizo aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero anuales dramáticamente en vez de reducirlas, al contrario de lo que otros estudios de espectro más estrecho defendían.

Otro estudio publicado en la revista Science, éste de un equipo de la universidad de Minnesota, llegó a una conclusión similar. Centrándose en las emisiones de carbono asociadas a la tala de árboles tropicales, demostró que convertir selvas tropicales o prados a campos de producción de maíz, soja, o aceite de palma para la producción de agrocombustible aumentó las emisiones de carbono, -una “deuda en carbono de agrocombustible”-, que era por lo menos 37 veces mayor que la reducción anual en gases de efecto invernadero resultante del cambio de combustibles fósiles a agrocombustibles.

El caso de los biocombustibles cosechados fue minada aún más a fondo cuando un equipo liderado por Paul Crutzen, un químico ganador del premio Nobel del Instituto Max Planck en Alemania, concluyó que las emisiones de óxido nitroso, un gas de potente efecto invernadero, del fertilizante sintético de nitrógeno usado para hacer crecer cosechas tales como maíz y rabina para la producción de agrocombustible podía negar cualquier reducción neta de las emisiones de CO2 de sustituir los combustibles fósiles por biocombustibles, convirtiendo a estos agrocombustibles en una amenaza para la estabilidad del clima. Aunque la industria del etanol de los EE.UU. rechazó estos resultados, fueron confirmados en un informe de 2009 del Consejo Internacional para la Ciencia (International Council for Science), una federación mundial de asociaciones científicas.

Panicum virgatum. Fuente: Wikipedia.

La cosecha de agrocombustibles genera más emisiones que las que consiguen ahorrar

Cuánta más investigación se realiza sobre biocombustibles líquidos, menos atractivos resultan. La producción de combustible de etanol depende hoy casi enteramente de materias primas basadas en azúcar y el almidón, pero el trabajo actual se centra en desarrollar tecnologías eficientes para convertir los materiales celulósicos en etanol. Varios estudios indican que ciertas hierbas para forraje y heno (Panicum virgatum) y álamos híbridos que podrían generar producciones relativamente altas de etanol en tierras marginales, pero no existe una tecnología barata para convertir la celulosa en etanol hoy o en perspectiva inmediata.

Un tercer informe publicado en Science indica que la combustión de las cosechas celulósicas directamente para generar electricidad para alimentar los coches eléctricos rinde un 81% más en kilómetros de transporte que convirtiendo las cosechas en combustible líquido. La pregunta es cuánto podrían los materiales vegetales contribuir al suministro de energía del mundo. El Earth Policy Institute calcula que, basándose en un estudio de los Ministerios Energía y Agricultura de EE.UU., usando los residuos del bosque y los de madera urbana, así como algunas cosechas perennes tales como Panicum virgatum y árboles de crecimiento rápido en tierras no agrícolas, Estados Unidos podrían desarrollar más de 40 gigawatts de capacidad de producción eléctrica antes de 2020 (1 gigawatt = 1.000 megavatios). Para un Plan B global, se estima que, en todo el mundo, la biomasa podría cuadruplicar su contribución hasta los 200 gigawatts de capacidad mundial antes de 2020, desempeñando un papel relativamente pequeño aunque importante en la nueva economía de energía.

 

Traducción con permiso expreso de Earth Policy Institute. Original en inglés disponible en www.earthpolicy.org/index.php?/book_bytes/2010/pb4ch05_ss5. Adaptado del capítulo 5, “Stabilizing Climate: Shifting to Renewable Energy," del libro de Lester R. Brown, Plan B 4.0: Mobilizing to Save Civilization (New York: W.W. Norton & Company, 2009), disponible on-line en www.earthpolicy.org/index.php?/books/pb4