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1 SUSTENTABILIDAD DE CULTIVOS ENERGÉTICOS Dr. Roque Fernando Caro, Ph. D Cátedra Cultivos Industriales, FAZ-UNT 2008

2 BIOCOMBUSTIBLES: SUSTITUTOS RENOVABLES PARA COMBUSTIBLES FÓSILES CULTIVOS ENERGÉTICOS: PRINCIPAL FUENTE DE BIOCOMBUSTIBLES BIOETANOL: CAÑA DE AZÚCAR, SORGO AZUCARADO, CEREALES (MAIZ, TRIGO, CEBADA) AMILÁCEAS. BIODIESEL: OLEAGINOSAS (SOJA, GIRASOL, COLZA, JATROPHA)

3 VENTAJAS DE LOS BIOCOMBUSTIBLES: REDUCEN DEPENDENCIA COMBUSTIBLES FÓSILES MENORES EMISIONES GEI (GASES EFECTO INVERN.) ECONOMÍA LOCAL: INVERSIONES Y NUEVOS MERCADOS PRINCIPALES PREOCUPACIONES: BALANCES ENERGÉTICOS Y AHORRO EMISIONES AGOTAMIENTO DEL SUELO Y AGROQUÍMICOS BIODIVERSIDAD SEGURIDAD ALIMENTARIA (SUELO Y PRECIOS)

4 ALTERNATIVAS: CULTIVOS QUE NO AFECTEN LA SEGURIDAD ALIMENTARIA SISTEMAS PRODUCTIVOS SUSTENTABLES DE BAJOS INSUMOS OPCIONES DE AUTOCONSUMO, EXPORTACIÓN O MERCADO INTERNO

5 REQUISITOS DE SUSTENTABILIDAD: SALUD Y BIODIVERSIDAD RENTABLES EFICIENCIA ENERGÉTICA MÍNIMAS EMISIONES Y DESHECHOS SEGURIDAD ALIMENTARIA

6 HERRAMIENTAS PARA LA SUSTENTABILIDAD: LIFE CYCLE ANALYSIS (ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA) SERIE DE NORMAS ISO-IRAM PARA BALANCE DE MASA Y ENERGÍA Y EMISIONES EMERGY ANALYSIS (EA) EVALUACIÓN AMBIENTAL Y ECONÓMICA DE SISTEMAS PRODUCTIVOS Y CALCULAR SU SUSTENTABILIDAD MIDIENDO EL USO DE RECURSOS RENOVABLES/RECURSOS TOTALES ECOLOGICAL FOOTPRINT (HUELLA ECOLÓGICA) SUPERFICIE DE TERRENO BIOLÓGICAMENTE PRODUCTIVO NECESARIO PARA SUMINISTRAR LOS RECURSOS UTILIZADOS Y ASIMILAR LOS RESIDUOS GENERADOS EN UNA CADENA PRODUCTIVA

7 ANALISIS DE CICLO DE VIDA (ACV) CUANTIFICA FLUJOS ENERGÉTICOS Y AMBIENTALES ASOCIADOS CON UN PRODUCTO A TRAVÉS DE TODAS LAS ETAPAS DESDE LA EXTRACCIÓN DE MATERIAS PRIMAS HASTA EL USO Y DISPOSICIÓN FINAL (DESDE LA CUNA HASTA LA TUMBA) INVENTARIO DE MATERIAS PRIMAS EXTRAÍDAS DEL AMBIENTE RECURSOS ENERGÉTICOS CONSUMIDOS EMISIONES GENERADAS AL AIRE, AGUA Y RESIDUOS SÓLIDOS. UTILIZA BASES DE DATOS Y SOFTWARE ESPECÍFICO CATEGORÍAS DE IMPACTO: CONSUMO ENERGÍA FÓSIL POTENCIAL DE EMISIONES DE GASES EFECTO INVERNADERO (GEI)

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10 EJEMPLOS ACV EN BIOCOMBUSTIBLES CIEMAT (2003): ACV COMPARATIVO DE ETANOL DE TRIGO Y CEBADA VS. GASOLINA. UNIDAD DE ANALISIS: COMBUSTIBLE USADO POR UN AUTOMÓVIL PARA RECORRER UN KM. BALANCE ENERGÉTICO: 1,49 ETANOL 0,85 GASOLINA MAYORES CONSUMOS: PRODUCCIÓN DE ETANOL Y DE GRANOS (FERTILIZANTES, LABORES Y TRANSPORTE) EMISIONES AHORRO DE CO2 Y CH4 - AUMENTO DE N2O AREAS DE MEJORA: PRODUCCIÓN DE ETANOL: USO DE BIOMASA PARA OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA FASE AGRÍCOLA: REDUCIR FERTILIZANTES Y LABORES, EPOCA DE APLICACIÓN DE PRODUCTOS NITROGENADOS, NUEVOS CULTIVOS DE MAYOR RENDIMIENTO DE BIOMASA Y BAJOS REQUERIMIENTOS DE FERTILIZANTES Y LABORES

11 EJEMPLO ACV (CONT.) MACEDO (2004): ACV ETANOL DE CAÑA DE AZÚCAR UNIDAD DE ANÁLISIS: TONELADA CAÑA DE AZÚCAR BALANCE ENERGÉTICO: 8,3 CONSUMO DE ENERGÍA: 80% EN ACTIVIDADES AGRÍCOLAS (FERTILIZANTES, TRANSPORTE, LABORES) Y 20 % EN PRODUCCIÓN DE ETANOL. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA: 92 % ETANOL Y 8 % BAGAZO EXCEDENTE. EMISIONES DE GEI 90 % EN FASE AGRÍCOLA (CAÑA QUEMADA, AGROQUIMICOS, TRANSPORTE Y LABORES). PERO SE EVITAN EMISIONES 6-7 VECES MAYORES EN EL USO DE ETANOL EN VEHÍCULO Y DE BAGAZO COMO COMBUSTIBLE INDUSTRIAL

12 EJEMPLOS ACV (CONT.) SHEEHAN (1998): ACV COMPARATIVO BIODIESEL DE SOJA Y DIESEL DE PETROLEO UNIDAD DE ANALISIS: ENERGÍA UTILIZADA PARA GENERAR UN HP/H EN EL MOTOR DE UN OMNIBUS URBANO BALANCE ENERGÉTICO: 3,1 BIODIESEL - 0,83 DIESEL PRINCIPALES USOS ENERGÍA FÓSIL EN PRODUCCIÓN DE BIODIESEL, OBTENCIÓN DE ACEITE Y FASE AGRÍCOLA. EMISION DE EFLUENTES LÍQUIDOS 4,7 VECES MAYOR EN DIESEL. REDUCCIÓN EMISIONES DE CO2, CO, SOx Y PARTÍCULAS TOTALES. AUMENTO NOx E HIDROCARBUROS

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18 EJEMPLOS ACV (CONT.) CIEMAT (2006): ACV COMPARATIVO BIODIESEL DE ACEITES VEGETALES CRUDOS (SOJA, GIRASOL, COLZA Y PALMA) VS. DIESEL DE PETRÓLEO. UNIDAD DE ANÁLISIS: COMBUSTIBLE USADO POR UN AUTOMÓVIL PARA RECORRER UN KM. BALANCE ENERGÉTICO: 3,86 BIODIESEL* 0,97 DIESEL *1,73 SIN SUSTITUCIÓN DE GLICERINA PRINCIPALES USOS DE ENERGÍA FÓSIL: OBTENCIÓN DE ACEITE Y PRODUCCIÓN DE GRANO (OBTENCIÓN DE BIODIESEL VALORES NEGATIVOS POR REEMPLAZO DE GLICERINA) EMISIONES: SE EVITAN LAS DE CO2 Y AUMENTAN LAS DE N2O Y CH4 MEJORAS: REDUCIR FERTILIZANTES Y LABORES. MEJORAR RENDIMIENTOS. USAR BIOMASA RESIDUAL. APLICACIÓN FRACCIONADA DE FERTILIZANTES NITROGENADOS

19 EJEMPLOS ACV (CONT.) PANICHELLI (2006): ACV DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL DE SOJA PARA EXPORTACIÓN UNIDAD DE ANALISIS PRODUCCIÓN DE UN KG DE BIODIESEL SISTEMAS DE CULTIVO ANALIZADOS: SOJA DE PRIMERA Y SEGUNDA Y SIEMBRA DIRECTA Y CONVENCIONAL LOS SISTEMAS DE SD CONSUMEN UN 40 % DE LA ENERGÍA CONSUMIDA EN SC PRODUCEN UN 70 % DE LAS EMISIONES PRODUCIDAS EN SC MAYORES CONSUMOS DE ENERGÍA EN SD SON EN COSECHA Y AGROQUÍMICOS EN SC SON EN COSECHA Y CULTIVO (LABRANZA) LOS IMPACTOS AMBIENTALES SE DAN BÁSICAMENTE EN FASE AGRÍCOLA LOS RENDIMIENTOS SON FUNDAMENTALES

20 RESUMEN ACV HERRAMIENTA UTIL PARA CUANTIFICAR IMPACTOS AMBIENTALES A LO LARGO DEL CICLO DE VIDA DE UN PRODUCTO E IDENTIFICAR OPORTUNIDADES DE MEJORA SU ALCANCE VA MÁS ALLÁ DEL SISTEMA PRODUCTIVO INCLUYENDO DISTRIBUCIÓN, UTILIZACIÓN Y DISPOSICIÓN FINAL MAYORES LIMITACIONES: LOS ANÁLISIS SE CENTRAN EN PRODUCTOS Y LAS CATEGORÍAS DE IMPACTO SON SÓLO USO DE ENERGÍAS FÓSILES Y EMISIONES DE GEI SENSIBLE A LA ASIGNACIÓN DE COPRODUCTOS Y A LOS RENDIMIENTOS (EN CASOS DE PRODUCTOS AGRÍCOLAS)

21 EMERGY ANALYSIS (EA) DESARROLLADO POR LA ECOLOGÍA DE SISTEMAS (ODUM 1998). UTILIZA DOS CONCEPTOS: ENERGÍA UTILIZADA DIRECTA O INDIRECTAMENTE PARA REALIZAR UN PRODUCTO O SERVICIO (EMERGY) SE MIDE EN UNIDADES DE MEMORIA DE ENERGÍA (emj) SE EXPRESA EN EQUIVALENTES DE ENERGÍA SOLAR (sej), QUE SE CALCULA USANDO TABLAS DE TRANSFORMACIÓN ENERGÍA ACTUAL DISPONIBLE EN UN PRODUCTO O PROCESO (ENERGY) QUE SE MIDE EN JOULES (J) EL COCIENTE EMERGY/ENERGY (sej/j) ES LA INVERSA DE LA EFICIENCIA Y ES UNA MEDIDA DE INTENSIDAD DE UN SISTEMA DE PRODUCCIÓN. SE LLAMA TRANSFORMITY VALORA LA CONTRIBUCIÓN DE LA NATURALEZA EN LA PRODUCCIÓN DE BIENES Y SERVICIOS (NECESARIO PARA IMPLEMENTAR SISTEMAS SUSTENTABLES)

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24 PARA UN SISTEMA PRODUCTIVO SE AGRUPAN LOS RECURSOS SEGÚN SU ORIGEN: NATURALES (I) RENOVABLES (R) NO RENOVABLES (N) ECONÓMICOS (F) MATERIALES (M) SERVICIOS (S) EMERGIA TOTAL (Y) = I + F INDICADORES DE SUSTENTABILIDAD: RENOVABILIDAD % = 100 (R/Y) TASA CARGA AMBIENTAL: (N + F)/R TASA RENDIMIENTO: Y/F INDICE DE SUSTENTABILIDAD: TR/TCA UTILIZA HOJAS DE CÁLCULO Y TABLAS DE TRANSFORMACIÓN

25 EJEMPLOS EA: BRANDT-WILLIAMS (2002): ESTUDIO EMERGÉTICO DE LA AGRICULTURA DE FLORIDA. 22 PRODUCTOS AGRÍCOLAS Y 2 FERTILIZANTES. RECURSOS NATURALES: RENOVABLES: EVAPOTRANSPIRACIÓN NO RENOVABLES: PERDIDA DE SUELO AGRICOLA RECURSOS ECONÓMICOS: MATERIALES: COMBUSTIBLES, AGROQUÍMICOS, ELECTRIC. SERVICIOS: MANO DE OBRA, SERVICIOS TÉCNICOS, ETC. MAYORES INTENSIDADES: CRÍA DE LAGARTOS Y PRODUCCIÓN DE HUEVOS VALORES INTERMEDIOS: ALGODÓN, PRODUCCIÓN DE LECHE, PRODUCCIÓN EXTENSIVA DE CARNE VACUNA, Y MAÍZ PARA GRANO. MENORES NIVELES: CAÑA DE AZÚCAR, NARANJA Y SOJA

26 RECURSOS Renovables No Renovables Materiales Servicios TOTAL Producción RENOVABILIDAD % RENDIMIENTO INSUMOS SOL EVAPOTRANSPIRACION PERDIDA DE SUELO COMBUSTIBLE ELECTRICIDAD POTASIO ENCALADO PESTICIDAS FOSFATO NITROGENO MANO DE OBRA SERVICIOS Kg/Ha Sej/ha/a /ha/año o E < E9 J 47,58 1,91

27 EJEMPLO EA (CONT.) OMETTO Y OTROS (2004): EA DEL CICLO DE VIDA DEL ETANOL DE CAÑA DE AZÚCAR. ANALISIS COMPARATIVO DE LA PRODUCCIÓN DE ETANOL VS EL CICLO DE VIDA DEL ETANOL. EN EL CV LA ENERGÍA TOTAL USADA Y LA TASA DE CARGA AMBIENTAL SON SUPERIORES LA RENOVABILIDAD, LA TASA DE RENDIMIENTO Y LA SUSTENTABILIDAD SON MENORES QUE EN LA PRODUCCIÓN DE ETANOL. MEJORAS: USAR MENOS AGROQUÍMICOS, SUSTITUIR COMBUSTIBLES FÓSILES EN MAQUINAS AGRÍCOLAS Y EN TRANSPORTE, REDUCIR USO DE MÁQUINAS AGRÍCOLAS

28 EJEMPLOS EA (CONT.) FERREYRA ( ): ESTUDIÓ LA SUSTENTABILIDAD DE LOS SISTEMAS AGRÍCOLAS DE LA PAMPA HÚMEDA EN EL S. XX EVALUÓ LAS FASES AGRÍCOLA ( ) AGRÍCOLA GANADERA ( ) AGRICULTURA INDUSTRIAL ( ) INTENSIFICACIÓN-TRANSGÉNICOS ( ) AGRICOLA AGRICOLA GANADERA INDUSTRIAL. SIEMBRA DIRECTA RENOVABILIDAD 59,00 63,00 31,00 40,00 TASA DE RENDIMIENTO 2,95 6,16 4,53 2,78 SUSTENTABILIDAD 4,19 10,67 2,08 1,87 CARGA AMBIENTAL 0,70 0,58 2,18 1,48

29 EJEMPLOS EA (CONT.) ORTEGA Y MILLER (2004) COMPARARON TRES ALTERNATIVAS DE PRODUCCIÓN DE SOJA EN BRASIL: ORGÁNICO, CONVENCIONAL Y SIEMBRA DIRECTA BAJO DOS SISTEMAS, AGRÍCOLA Y AGROECOLÓGICO. LA PRODUCCIÓN ORGÁNICA ES MÁS RENOVABLE (33 %), TIENE MAYOR RENDIMIENTO (1,56) Y MENOR CARGA AMBIENTAL (2,0) LA SD TIENE MÁXIMA RENTABILIDAD ECONÓMICA (10,6) QUE CAE DRÁSTICAMENTE SI SE ANALIZA RENTABILIDAD DEL SISTEMA (4,4) EN LOS SISTEMAS AGROECOLÓGICOS, LAS DIFERENCIAS EN RENOVABILIDAD, RENDIMIENTO Y CARGA AMBIENTAL SE AMPLÍAN, EN TANTO QUE SE REDUCEN LAS DIFERENCIAS EN RENTABILIDAD ECONÓMICA Y SISTÉMICA.

30 RESUMEN EA EL EA ES UNA HERRAMIENTA PODEROSA PARA EVALUAR LOS REQUERIMIENTOS AMBIENTALES DIRECTOS E INDIRECTOS DE UN BIEN O SERVICIO ES UN SISTEMA DE EVALUACIÓN BIOCÉNTRICO QUE INCORPORA VALORES AMBIENTALES Y ECONÓMICOS TIENE LA LIMITACIÓN QUE NO CONSIDERA LOS IMPACTOS DE EMISIONES Y EFLUENTES

31 HUELLA ECOLÓGICA (HE) ÁREA DE TERRITORIO BIOLÓGICAMENTE PRODUCTIVO NECESARIA PARA SUMINISTRAR LOS RECURSOS USADOS Y ASIMILAR LOS RESIDUOS PRODUCIDOS POR LA ACTIVIDAD HUMANA ES UN INDICADOR ÚNICO DE SUSTENTABILIDAD Y SE EXPRESA EN HECTÁREAS A LO LARGO DE UNA CADENA PRODUCTIVA, CADA ETAPA SUMA HE. EN UNA CADENA SUSTENTABLE SE BUSCA MINIMIZAR LA HE EN CADA ETAPA. LA HE ES UN INDICADOR DE SUSTENTABILIDAD DE LA CADENA PRODUCTIVA A LO LARGO DEL CICLO DE VIDA

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33 EJEMPLOS DE HE: DIAZ DE OLIVEIRA Y OTROS (2005): BALANCE ENERGÉTICO Y DE CO2 Y HE PARA COMPARAR ETANOL DE CAÑA DE AZÚCAR DE BRASIL Y ETANOL DE MAÍZ (E85) EN EEUU ANALIZANDO LAS ETAPAS AGRÍCOLA, INDUSTRIAL Y DE DISTRIBUCIÓN. EL BALANCE ENERGÉTICO DE ETANOL DE CAÑA DE AZUCAR FUE DE 3,7 Y EL DE ETANOL DE MAÍZ 1,1 EMISIONES DE CO2: EN ETANOL DE CAÑA UN 93 % EN FASE AGRÍCOLA Y 7 % EN DISTRIBUCIÓN. EN E85, UN 55 % EN FASE INDUSTRIAL Y 30 % DEBIDO A GASOLINA. HUELLA ECOLOGICA ETANOL CAÑA E85 MAIZ NAFTA PRODUCCION 0,37 0, ASIMILACION 0,19 0,75 1,11 TOTAL 0,56 1,74 1,11

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