Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental

Transcripción

1 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 CO y ATN/JF 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

2 TABLA DE CONTENIDO 1 OBJETIVO METODOLOGÍA ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA ALCANCE Unidad funcional Límites del sistema Método de asignación INFORMACIÓN PARA EL INVENTARIO Tipos y fuentes de datos Modelos de emisión - Campo Cambio del uso del suelo Análisis del cambio indirecto en el uso del suelo (iluc) EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL INTERPRETACIÓN LIMITACIONES DEL ESTUDIO ANÁLISIS DE INVENTARIO CULTIVO DE CAÑA DE AZÚCAR Introducción Selección del sitio de estudio Sistema de producción agrícola Productividad Caracterización del sistema Materias primas y auxiliares Plántulas Aplicación de fertilizantes Control biológico y aplicación de pesticidas Irrigación y drenaje Uso de maquinaria y energía Transporte Cambio del uso del suelo Absorción de carbono y energía de la biomasa Emisiones a la atmósfera Vertidos al agua Residuos al suelo INGENIO DE AZÚCAR Y PRODUCCIÓN DE ETANOL Introducción Descripción del sistema Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental i

3 3.2.3 Ingenio de azúcar Entrada de material y energía Generación de energía y consumo Infraestructura Transporte Productos y sub-productos del ingenio Emisiones a la atmósfera Disposición de residuos Producción de etanol Introducción Materias primas y energía de entrada Infraestructura Transporte Productos y sub-productos Tratamiento de aguas Balance de masa Compostaje Balance de masa Transporte y Maquinaria Infraestructura Salida de materiales Visión general del inventario y asignación Flujo de masa de la cadena de valor del Etanol Factores de asignación Valores económicos Valores energéticos CULTIVO DE LA PALMA DE ACEITE Introducción Selección de sitios de estudio Sistema Agrícola Productividad Características del Sistema Materias primas y auxiliares Fertilizantes minerales Fertilizantes orgánicos Pesticidas Transporte y Maquinaria Cambio en el uso del suelo Absorción de carbono y energía de la biomasa Emisiones a la atmósfera Vertidos al agua Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental ii

4 Residuos al suelo EXTRACCIÓN DE ACEITE DE PALMA Y PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Introducción Descripción del sistema Extracción de aceite de Palma Caracterización del sistema Entrada de material y energía Productos, subproductos y residuos Producción de energía Infraestructura y maquinaria Transporte Refinería y planta de Biodiesel Descripción del sistema Materias primas y demanda energética Proceso de producción y subproductos Generación de energía Infraestructura y maquinaria Distancias de transporte Purificación de la Glicerina Introducción Materias primas y requerimiento de energía Productos y subproductos Infraestructura Transporte Tratamiento de Aguas Residuales Introducción Entrada Efluentes y emisiones Infraestructura Aplicación en la tierra de los residuos Visión General del Inventario y asignación Flujo de masa de la cadena de valor del biodiesel Factores de asignación Asignación económica Asignación Energética TRANSPORTE A LA ESTACIÓN DE SERVICIO Transporte de etanol de caña de azúcar a la estación de servicio en Bogotá Transporte del biodiesel de palma hasta Bogotá El transporte de etanol de caña de azúcar a California TRANSPORTE DEL BIODIESEL DE PALMA A CALIFORNIA USO DE LOS COMBUSTIBLES EN VEHÍCULOS Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental iii

5 3.7.1 Selección de los vehículos El uso de combustible en un Renault Logan Descripción del sistema Vehículo para la comparación internacional (California) COMBUSTIBLES FÓSILES Producción de gasolina y diesel en Colombia Extracción de petróleo crudo Refinación Transporte a la estación de servicio Estudio de Ecopetrol sobre las emisiones de GEI de los combustibles fósiles Producción de gasolina y diesel en California Extracción de petróleo crudo Refinación Transporte a la estación de servicio PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD EVALUACIÓN DE IMPACTOS COMBUSTIBLES FÓSILES Potencial de Calentamiento Global La demanda de energía acumulada ETANOL DE CAÑA DE AZÚCAR Potencial de calentamiento global Demanda acumulada de energía BIODIESEL DE ACEITE DE PALMA Potencial de calentamiento global Demanda acumulada de Energía CAMBIOS INDIRECTOS EN EL USO DEL SUELO (ILUC) OPCIONES DE MEZCLA Y EXPORTACIÓN A CALIFORNIA Potencial de calentamiento global COMPARACIÓN DE LOS BIOCOMBUSTIBLES COLOMBIANOS CON OTROS BIOCOMBUSTIBLES Potencial de calentamiento global DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES ETANOL DE CAÑA DE AZÚCAR BIODIESEL DE ACEITE DE PALMA CONCLUSIONES REFERENCIAS ANEXOS FORMATO DE RECOLECCIÓN DE DATOS AGRÍCOLAS PARA CAÑA DE AZÚCAR Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental iv

6 7.2 FORMATO DE RECOLECCIÓN DE DATOS AGRÍCOLAS PARA PALMA DE ACEITE INVENTARIOS DE LOS VEHÍCULOS: RENAULT LOGAN METODOLOGÍAS ACV Global Warming Potential Potencial de Calentamiento Global Cumulative Energy Demand Demanda Acumulada de Energía Indicadores de Punto Medio y Punto Final Introducción Metodología de Evaluación de Impactos CML (puntos medios) Metodología de Evaluación de Impactos Ecoindicador 99 (punto final) Limitaciones del estudio Resultados - Combustibles fósiles Resultados - Etanol de caña de azúcar Resultados - Biodiesel de aceite de palma Resultados - Opciones de mezcla y exportación a California Resultados - Comparación de los biocombustibles colombianos con otros biocombustibles Discusión y conclusiones Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental v

7 LISTA DE TABLAS Tabla 1: Emisiones de NH 3 - de fertilizantes minerales (% N emitido en forma de NH 3 ). (Fuente: Agrammon (2009))... 8 Tabla 2: Compañías de producción de etanol (Asocaña 2011) Tabla 3: Criterios de selección de las zonas agroecológicas (tipo de suelo y humedad). (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña) Tabla 4: Identificación final de los sitios específicos. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña) Tabla 5: Información general sobre selección del sitio de estudio. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña) Tabla 6: Área y factor de peso de los sitios de estudio seleccionados. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña) Tabla 7: Ciclo de cultivo de caña de azúcar en el Valle geográfico del Río Cauca. (Fuente: CUE con base en estudio de campo) 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) Tabla 9: Aplicación de fertilizantes en los sitios de estudio por hectárea y año. (Fuente CUE con base en estudio de campo) Tabla 10: Dosis recomendada de fertilizantes N-P-K Tabla 11: Aplicación de pesticidas por año y hectárea. (Fuente CUE con base en estudio de campo) Tabla 12: Requerimiento de agua para caña de azúcar usando diferentes sistemas de irrigación (Cenicaña 2010) Tabla 13: Requerimiento de agua y sistemas de riego (Fuente CUE con base en estudio de campo) Tabla 14: Caña de azúcar: Requerimientos de energía para la preparación de la tierra. (Fuente: CUE con base en estudio de campo) 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) Tabla 16: Distancias para el transporte de insumos de cultivo. (Fuente: CUE con base en estudio de campo) Tabla 17: Transformación del uso del suelo y ocupación del cultivo de la caña de azúcar de los sitios de estudio Tabla 18: Emisiones a la atmósfera de la quema pre-cosecha Tabla 19: Emisiones a la atmósfera de la aplicación de fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) Tabla 20: Vertidos al agua de la aplicación de fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) Tabla 21: Residuos al suelo de la aplicación de pesticidas y fertilizantes. (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) Tabla 22: Plantas de etanol en Colombia (Fuente: Asocaña) Tabla 23: Promedio ponderado de las diferentes compañías productoras de etanol. (Fuente: CUE con base en entrevistas con expertos) Tabla 24: Flujos másicos y tecnologías para las plantas de azúcar y etanol en Colombia. (Fuente: CUE con base en entrevistas con expertos) Tabla 25: Descripción de los pasos en el proceso de azúcar en el ingenio. (Fuente: Cenicaña) 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) Tabla 27: Propiedades del bagazo y de carbón. (Fuente: UPME 2003) 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) 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) Tabla 30: Distancias de transporte por cada 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Tabla 31: Productos y los desechos de la planta de azúcar por la caña de azúcar de 100 toneladas 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental vi

8 Tabla 33: Residuos de caña de azúcar por cada 100 toneladas. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Tabla 34: Descripción del proceso de etanol (fuente: CUE) Tabla 35: Materias primas y energía empleada en el proceso de etanol (por kg de etanol 99,6%). (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Tabla 36: Distancias de transporte para la producción de etanol. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Tabla 37: Productos, co-productos y residuos del proceso de etanol. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) 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) Tabla 39: Composición de las aguas residuales y aguas residuales tratadas por m 3 (Fuente: CUE) Tabla 40: Emisiones de metano durante el tratamiento de aguas residuales. (Fuente: CUE con base en visitas de campo) Tabla 41: Entrada de material para el compostaje por cada 100 ton de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en visitas de campo) Tabla 42: Balance de masa y compostaje por 100 ton de caña de azúcar (escenario promedio). (Fuente: CUE) Tabla 43: Balance de masa de compostaje por 100 toneladas de caña de azúcar, (escenario optimizado) Tabla 44: Factores de asignación de la producción de etanol (Escenario: Promedio"). (Fuente: CUE) Tabla 45: Factores de asignación de la producción de etanol (Escenario:"Optimizado"). (Fuente: CUE) Tabla 46: Valores económicos de los productos de la refinería de azúcar y de la planta de etanol Tabla 47: Valores energéticos de los productos de la refinería de azúcar y de la planta de etanol Tabla 48: distribución del área sembrada en palma de aceite por zonas (en hectáreas). (Fuente: Fedepalma 2010) Tabla 49: Área de las plantaciones de palma y áreas de muestreo en el oriente, norte y centro de Colombia. (Fuente: CUE y Fedepalma) Tabla 50: Rendimientos anuales de la producción por zona [en toneladas por hectárea-año] (Fedepalma 2006; Fedepalma 2009) 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) Tabla 52: Composición de nutrientes en la tusa en base húmeda y seca (Heriansyah 2008) Tabla 53: Entradas de fertilizantes orgánicos en kg por ha y año para diferentes áreas de cultivo. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) 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) 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) 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) Tabla 57: Emisiones a la atmósfera por la aplicación de fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) Tabla 58: Vertidos al agua por el uso de fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) Tabla 59: Residuos al suelo por la aplicación de pesticidas y fertilizantes (Fuente: CUE con base en modelos de emisión) Tabla 60: Plantas de biodiesel y capacidad instalada (MADR 2011). Las compañías marcadas con una estrella (*) son parte de este estudio Tabla 61: Promedio ponderado de las diferentes empresas productoras de biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de campo y Cenipalma) Tabla 62: Descripción del proceso de aceite de palma. (Fuente: CUE) Tabla 63: Entrada de materia y energía por 100 ton de RFF (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Tabla 64: Salidas en la extracción aceite de palma por 100t RFF (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Tabla 65: Propiedades de los RFF, fibra y cáscara (Fuente: Ecoinvent) 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) Tabla 67: Infraestructura del proceso del Molino de aceite de palma (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental vii

9 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) Tabla 69: Materias primas y requerimientos de energía de la refinería para producir 1ton biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) 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) Tabla 71: Salidas de la planta de refinación de aceite por 1 ton biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Tabla 72: Salidas de la transesterificación de la planta por 1 ton biodiesel de Palma (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) 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) Tabla 74: Entrada al proceso de purificación de glicerina por ton biodiesel (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Tabla 75: Salida del proceso de purificación de glicerina por ton biodiesel de palma Tabla 76: Aguas residuales totales y contenido de DQO por 100 ton FFB tratados (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) 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) Tabla 78: Factores de asignación para la producción de biodiesel (escenario: promedio). Fuente: CUE Tabla 79: Factores de asignación de factores para la producción de biodiesel (escenario: optimizado). Fuente: CUE Tabla 80: Valores económicos de los productos de los RFF de la palma Tabla 81: Valores energéticos de los productos de los RFF de la palma Tabla 82: Distancias de transporte desde las plantas de biodiesel hacia el puerto marítimo en Santa Marta (Fuente: INVIAS 2006) Tabla 83: Especificación del Renault Logan (Fuente: cálculos realizados por CUE) 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) 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) Tabla 86: Inventario de emisiones de los vehículos de referencia en California, la gasolina y diesel (Fuente: Ecoinvent v2.2) Tabla 87: Producción de combustibles fósiles en 1000 toneladas, 2007, Colombia (Fuente: (IEA 2007) Tabla 88: Especificaciones del combustible del estudio Ecopetrol Tabla 89: Composición petróleo crudo de California (incluyendo transporte y suposiciones de proceso de Ecoinvent). (Fuente: CUE) Tabla 90: Mezcla de electricidad para Colombia, de IEA (IEA 2008) 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) Tabla 92: Emisiones de CO 2 de combustibles fósiles de diferentes estudios 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 Tabla 94: Potencial de emisiones GEI de diferentes escenarios de biodiesel de palma por vehículo-km y relativo a diesel fósil (100%). Fuente: CUE Tabla 95: Inventario del chasis ( glider ) Tabla 96:Inventario del árbol de transmisión con motor gasolina( drivetrain petrol ) Tabla 97: Inventario del árbol de transmisión con motor diesel ( drivetrain diesel ) Tabla 98: Indicadores de punto medio empleados en este estudio Tabla 99: Indicadores de impactos punto medio y punto final de etanol de caña de azúcar por vehículo-kilómetro Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental viii

10 Tabla 100: Impactos de punto medio y punto final de biodiesel de palma por vehículo-kilometro 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 Tabla 102: Impactos ambientales de punto medio del biodiesel comparados con combustible fósil (Verde: Impacto menor. Naranja: impacto mayor). Fuente; CUE Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental ix

11 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Cuatro fases principales de un ACV según la norma ISO 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) 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) Figura 7: Ciclo de cultivo de la caña de azúcar (Netafim 2011) Figura 8: Productividad cronológica de caña de azúcar y azúcar en ton por ha en Colombia (Asocaña 2011) 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) Figura 10: Visión esquemática del inventario de caña de azúcar. (Fuente: CUE) Figura 11: Precipitación (izquierda) y evaporación(derecha) en el Valle Geográfico del Río Cauca (Cenicaña 2001) Figura 12: Canal de irrigación en plantaciones de caña de azúcar ( Cenicaña) Figura 13: Maquinaria utilizada para la preparación de la tierra, siembra y manejo. (Fuente: CUE con base en estudio de campo) Figura 14: Cosecha verde manual (izquierda) y carga de la caña cortada después de la quema previa a la cosecha (derecha). (Fuente: EMPA) Figura 15: Visión esquemática de producción de etanol en Colombia. (Fuente: CUE) Figura 16: Visión esquemática de producción de azúcar en Colombia (Cenicana 2004) Figura 17: Presentación esquemática sobre el sistema de co-generación de los ingenios azucareros. (Fuente: Cenicaña) Figura 18: Resumen esquemático de la producción de etanol de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Figura 19: Tratamiento de Aguas Residuales (TAR) de los efluentes de la planta de etanol. (Fuente: CUE, figuras de Figura 20: Esquema general del proceso de compostaje (Fuente: CUE con base en visitas de campo) 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) 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) Figura 23: Plantaciones de palma de aceite en Colombia (Fuente: CUE) Figura 24: Principales zonas de cultivo de palma de aceite en Colombia 2008 (Fedepalma 2009) Figura 25: Plantación de palma con diferentes edades en Colombia 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) Figura 27: Presentación esquemática sobre el inventario de palma de aceite (Fuente: CUE) Figura 28: Recolección de fruta de Palma (izquierda), embalaje para el transporte (centro) y carga (derecha) (Fuente: CUE y 72 Figura 29: Transporte de RFF por animal (izquierda), tractores (centro) y camiones (derecha) desde el campo hasta la planta de extracción. (Fuente: CUE) Figura 30: Cantidad relativa de tierra transformada debido a los cultivos de palma desde el 200 al (Fuente: Pincon 2008) Figura 31: Visión esquemática general sobre el sistema de biodiesel. (CUE con base en las visitas de campo) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental x

12 Figura 32: Procesos de la extracción de aceite de palma (Fuente: Adaptado de Fedepalma 2010) Figura 33: Resumen esquemático sobre el proceso de refinación de aceite de palma y la producción de biodiesel (fuente: 85 Figura 34: Proceso de purificación de la glicerina (fuente: 88 Figura 35: Sistema de tratamiento de aguas de laguna abierta (izquierda) y su superficie (derecha). (Fuente: CUE) 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) Figura 37: Distancia desde Buenaventura a Los Ángeles, 4903 km. (Fuente: 95 Figura 38: Distancia desde Santa Marta a Los Ángeles, 5314 km. (Fuente: 96 Figura 39: Renault Logan (Fuente: 97 Figura 40: Presentación esquemática sobre el ciclo de vida de los combustibles fósiles. (Fuente: CUE) Figura 41: Reservas y producción colombiana de petróleo (Ecopetrol 2008) Figura 42: BCM (izquierda) e imagen de satélite (derecha) de la quema de gas en Colombia (NOAA 2009) Figura 43: Cargas de las refinerías de Colombia (izquierda) y refinería de Barrancabermeja (derecha) (Ecopetrol 2009) Figura 44: Contenido de azufre del diesel en Bogotá y el resto del país (Ecopetrol2009) Figura 45: Suministro de petróleo crudo a las Refinerías de California (Sheridan2006) Figura 46: Factores de emisión de electricidad en Colombia en 2009 (izquierda) y2010 (derecha) en kg de CO2 equivalentes por kwh (XMexpertos 2010) Figura 47: Emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de combustibles fósiles en g de CO 2 equivalentes por MJ combustible. (Fuente: CUE) Figura 48: Emisiones de gases de efecto invernadero (GHG) de combustibles fósiles en kg equivalentes de CO2 por vehicle.km. (Fuente: CUE) Figura 49: Demanda acumulada de energía no renovable por MJ de combustible fósil. (Fuente: CUE) Figura 50: Demanda acumulada de energía no renovable por vehículo.km. (Fuente: CUE) Figura 51: Potencial de calentamiento global de etanol de caña de azúcar en kg CO 2 equivalentes por v.km. (Fuente: CUE) Figura 52: Potencial de calentamiento global de etanol de caña de azúcar por proceso en g CO2 equivalentes por MJ combustible. (Fuente: CUE) 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) 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) 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) Figura 56: Demanda acumulada de energía de etanol de caña de azúcar en MJ de energía no renovable por MJ.de combustible. (Fuente: CUE) Figura 57: Demanda acumulada de energía de etanol de caña de azúcar en MJ de energía no renovable por vehículo.km. (Fuente: CUE) Figura 58: Potencial de calentamiento global dl biodiesel de palma en kg CO 2 equivalente per v.km. (Fuente: CUE) Figura 59: Potencial de calentamiento global de biodiesel a partir de aceite de palma por proceso en g CO 2 en equivalente por MJ de combustible. (Fuente: CUE) 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) Figura 61: Potencial de calentamiento global de procesamiento del biodiesel dividido por proceso en kg de CO 2 equivalentes por v.km. (Fuente: CUE) Figura 62: Potencial de calentamiento global del escenario promedio y optimizado comparado con los combustibles fósiles en kg CO2eq por vehicle.km. (Fuente: CUE) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental xi

13 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) Figura 64: Demanda de energía acumulada de biodiesel de palma en MJ de energía no renovable por MJ de combustible. (Fuente: CUE) Figura 65: Demanda acumulada de energía de biodiesel de palma en MJ de energía no renovable por vehiculo.km. (Fuente: CUE) Figura 66: Impactos indirectos potenciales del uso de la tierra en el cultivo de palma en Colombia. (Fuente: CUE) Figura 67: Impactos potenciales del uso indirecto de la tierra en el cultivo de caña se azúcar en Colombia. (Fuente: CUE) Figura 68: Potencial del calentamiento Global del etanol promedio colombiano (E100 and E10) empleado en Bogotá y California. (Fuente: CUE) Figura 69: Potencial de calentamiento global del biodiesel promedio colombiano (B100 y B10) usado en Bogotá y California. (Fuente: CUE) 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) Figura 71: Potencial de calentamiento global del etanol colombiano de caña de azúcar relativo a la gasolina fósil (100% del impacto). (Fuente: CUE) Figura 72: Potencial de calentamiento global del Biodiesel de palma colombiano comparado con el diesel fósil (100% del impacto).fuente: CUE Figura 73: Presentación esquemática de los indicadores de impacto utilizados en este estudio. (Fuente: CUE) Figura 74: Visión esquemática sobre el modelo de daño del Eco-indicador 99. (Fuente: VROM 2000) Figura 75: Comparación del vehículo estándar de pasajeros en Colombia y California (por vehicle.km). (Fuente: CUE) Figura 76: Impacto ambiental total medido como puntos de Eco-indicador 99 del vehículo estándar de Colombia y California (por vehiculo.km) (Fuente: CUE) Figura 77: Impactos ambientales del etanol de caña de azúcar por vehículo.km especificados por etapa de producción. (Fuente: CUE) 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) Figura 79: Los impactos ambientales del biodiesel de palma por vehiculo.km especificados por etapa de producción. (Fuente: CUE) Figura 80: Impacto ambiental total (medido como puntos de Ecoindicador 99) del biodiesel por vehículo.km específico para la etapa de producción. (Fuente: CUE) Figura 81: Impacto ambiental agregado del etanol promedio colombiano (E10 y E100) empleado en Bogotá y California. (Fuente: CUE) Figura 82: Impacto ambiental agregado del biodiesel promedio colombiano (B100 y B10) empleado en Bogotá y California. (Fuente: CUE) Figura 83: Impacto ambiental agregado (método de Eco indicador 99) de los biocombustibles colombianos comparados con otras cadenas de valor de biocombustibles. (Fuente: CUE) 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental xii

14 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 Instituto de Ciencias Ambientales de la Universidad de Leiden CUE Consorcio de autores del estudio (CNPML-UPB-EMPA) 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 Gases de Efecto Invernadero GWP 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental xiii

15 SD SOC SQCB TAR UCTE UNFCCC VGRC VOC Desviación estándar Carbono orgánico del suelo Sustainability Quick Check for Biofuels Tratamiento de Aguas Residuales Union for the coordination of Transmission of Electricity (Europe) United Nations Framework Convention on Climate Change Valle Geográfico del Río Cauca Compuestos orgánicos volátiles Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental xiv

16 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 1

17 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 y (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 Análisis de inventario Interpretación Aplicaciones directas: 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 2

18 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: CUE 2, con base en información de Cenicaña y Cenipalma) 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 3

19 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 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 4

20 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 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 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, CO 2, 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 5

21 Dentro de este estudio, se considera el consumo de todas las materias primas, insumos, energía, emisiones y residuos. Adicionalmente, se incluye el transporte, la infraestructura y los requerimientos de tierra 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, Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 6

22 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 y para los cultivos de palma en la sección 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 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 N 2 O o NO x se calcularon con base en las fórmulas de emisión propuestas por el IPCC (IPCC 2006). N 2 O = 44/28 * (0.01 (N tot + N cr ) * 14/17 * NH * 14/62 * NO 3 -) Donde, N 2 O = Emisión de N 2 O (kg N 2 O/ha) Ntot = Nitrógeno total en fertilizantes orgánicos y minerales (kg N/ha) Ncr = Nitrógeno contenido en los residuos de cultivo (kg N/ha) NH 3 = Pérdidas de nitrógeno en forma de amoniaco (kg NH 3 /ha) NO 3 -=las pérdidas de nitrógeno en forma de nitrato (kg NO 3 -/ha). NOx = 0.21 * N 2 O Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 7

23 Para residuos de cultivo de caña de azúcar y palma de aceite sólo se consideran las emisiones de N 2 O y NO x, mientras que las otras emisiones se desprecian según recomendación de Ecoinvent. Las emisiones de NH 3 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 NH 3 - de fertilizantes minerales (% N emitido en forma de NH 3 ). (Fuente: Agrammon (2009)) Tipo de fertilizante Factor de emisión por NH 3 -N Nitrato de amonio, nitrato de amonio cálcico 2 % Sulfato de amonio 8 % Urea 15 % Fertilizantes multinutrientes (NPK-, NP-, NK-fertilizantes) 4 % Urea nitrato de amonio 8.5 % Amoníaco, líquido 3 % La contaminación del agua y el suelo por nitratos y fósforo 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) 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 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: Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 8

24 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 9

25 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 10

26 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: kgco 2 _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 Con el escenario optimizado se incluyeron opciones de mejora en el Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 11

27 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 12

28 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 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 hectáreas, de las cuales 24% pertenecen a Ingenios azucareros y 76% a 2700 agricultores individuales de caña de azúcar (Asocaña 2011). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 13

29 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. Con el fin de establecer inventarios representativos, la selección de los sitios de 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 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 ( ha) sólo se tuvieron en cuenta los cultivos que suministran la caña cosechada a los ingenios azucareros con una planta de etanol adjunta ( 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 E001* E002* E003* E004 E005 Total Producción de Etanol l/ día Área de cultivo (total) ha La caña de azúcar de 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, ha (28%) de las 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 hectáreas. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 14

30 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 H H H H H H H Total 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 éxito 5. Los siete cuestionarios representan un área total de hectáreas, lo que representa el 24% del área total 6. Tabla 4: Identificación final de los sitios específicos. (Fuente: CUE, con base en información de Cenicaña) Categoría tipo suelo Humedad E001 [ha] No. E002 [ha] No. E003 [ha] No. Total [ha] 10 H3 778 C H C C H C C C H C H0 353 C H5 838 C C C003 6 H1 10 C C C Total En la Tabla 5 se resumen los criterios de exclusión (descritos anteriormente) y su representatividad se expresa en porcentaje. 5 Dos cuestionarios han sido descartados debido a la falta de datos y valores irreproducibles. 6 Algunas plantaciones seleccionadas incluyen más de una zona agroecológica. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 15

31 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) % - Criterio 1: 5 Compañías de Etanol (área total ) % 100% Compañías de Etanol: área para EtOH % 28% Criterio 2: Suelos y humedad representativa % 29% Criterio 3: Área de cultivo representativo % 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: kg/ha-año o distancia de transporte 5 15km) y de impacto ambiental (esto es, emisiones de CO 2 : 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) Cuestionario Parámetro Unidad C001 C002 C003 C004 C005 C006 C007 10H3 10H3 10H3 10H3 10H3 10H3 10H3 Zona Agro- ecológica 11H0 11H0 11H0 11H0 11H0 11H0 11H0-6H1 6H1 6H1 6H1 6H1 6H1 6H1 18H0 18H2 18H3 18H4 18H5 18H7 18H8 Rendimiento Ton/ha/año 114,9 121,9 142,0 118,6 142,0 110,7 90,7 Área ha ,0 120, , Factor de ponderación % 43,4% 0,8% 0,4% 27,3% 0,1% 18,7% 9,3% 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: Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 16

32 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 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 se Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 17

33 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 C006 C007 Promedio 10H3 Zona Agro ecológica - 11H0 6H1 6H1 11H0 6H1 11H0 6H1 11H0 6H1 11H3 10H5 5H5 18H0 Período de cosecha # cortes veces Promedio meses 13,5 12,7 13,0 13,.0 13,0 12,0 12,0 12,7 Área ha Factor de ponderación % 43,4% 0,8% 0,4% 27,3% 0,1% 18,7% 9,3% 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 6H1 11H0 6H1 11H0 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% Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 18

34 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 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 19

35 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) 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 20

36 Producción y transporte Fertilizante mineral Pesticidas Uso de maquinaria fertilizante Orgánico Transporte Agua Transformación de la tierra Ocupación de la tierra Caña de azúcar Vertidos al agua Vertidos al suelo Captación de CO2, biogénica Captación de energía, biogénica Emisiones al aire Caña de azúcar, en el campo Figura 10: Visión esquemática del inventario de caña de azúcar. (Fuente: CUE) Materias primas y auxiliares 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 21

37 Tabla 9: Aplicación de fertilizantes en los sitios de estudio por hectárea y año. (Fuente CUE con base en estudio de campo) Entrada Unidad C001 C002 C003 C004 C005 C006 C007 Promedio Fertilizante mineral Urea kg/ha KCL kg/ha DAP kg/ha Boro & zinc kg/ha Boro & zinc (liq) kg/ha Sulfuro de zinc kg/ha Sulfato de zinc kg/ha SAM kg/ha Calphos kg/ha Cal agrícola (carbonato de calcio) kg/ha Fertilizantes orgánicos Vinaza 35% kg/ha Compost kg/ha Gallinaza kg/ha Ferticaña l/ha Residuos de cosecha kg/ha Total N kg/ha 227,6 12,8 169,9 169,8 148,6 105,2 105,2 175,5 Total P2O5 kg/ha ,1 0, ,1 37,1 11,7 Total K2O kg/ha ,1 55,5-55,4 183,2 183,2 52,1 Ponderación % 43,5% 0,9% 0,4% 27,3% 0,1% 18,6% 9,3% 100,0% 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 País Unidad N P2O5 K20 Fuente Valle Geográfico del Río Cauca: (mínimo) Valle Geográfico del Rio Cauca: (Promedio) Valle Geográfico del Rio Cauca: (máximo) CO kg/ha-año Estudio de campo CO kg/ha-año Estudio de campo CO kg/ha-año Estudio de campo Cultivo orgánico de caña de azúcar CO kg/ha-año com/agronomic_practices/fe rtigation Cenicaña CO kg/ha-año /documentos_no_seriados/li bro_el_cultivo_caña/libro_p pdf Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 22

38 Descripción País Unidad N P2O5 K20 Fuente Ecoinvent BR kg/ha-año Ecoinvent 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 Unid C001 C002 C003 C004 C005 C006 C007 Promedio Pesticidas / Herbicidas Glifosato kg/ha ,4 1,6 0,41 Roundup 747 (Glyphosphate) kg/ha - 0,3 0,4 0,4 0, ,12 Azufre kg/ha - 18, ,16 Roundup kg/ha , ,36 Gasapax l/ha 1,1 1,2 0,8 0,8 0, ,70 Larmex kg/ha 1,8-1,2 1,2 1, ,11 Terbutryn l/ha 0,6 0,8 0,8 0,8 0, ,47 Amina l/ha 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 0,78 Index-A kg/ha ,4 0,0 0,4-0,19 Cosmoagua kg/ha - 0,2 0,0-0, ,00 Percloron kg/ha - 0, ,2 0,2 0,06 Diurion kg/ha ,0 2,0 0,56 Ametrina kg/ha ,0 1,0 0,28 Atrazina kg/ha ,0 2,0 0,56 Mexclater kg/ha ,5 2,5 0,70 Fusilade l/ha - - 0,6 0,7 0, , 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 23

39 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 a m 3 por ha. Sin embargo, si se instalan sistemas de tubería para riego, la cantidad de agua se puede reducir a m 3 (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 (m 3 /ha) Cuatro riegos, con Balance Hídrico (m 3 /ha) Siete riegos, sin Balance Hídrico (m 3 /ha) Volumen de agua aplicado en el riego del cultivo sin adoptar ninguna de las tecnologías Ahorro de agua mínimo si adopta el Control Administrativo de Riego Volumen de agua aplicado después de adoptar el Control Administrativo del Riego (CAR) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 24

40 Ahorros de agua y volúmenes aplicados con el uso de tecnologías de riego* Un riego (m 3 /ha) Cuatro riegos, con Balance Hídrico (m 3 /ha) Siete riegos, sin Balance Hídrico (m 3 /ha) Ahorro de agua mínimo si adopta el riego por surco alterno Volumen de agua aplicado después de adoptar CAR y surco alterno Ahorro de agua mínimo si instala tubería con compuertas Volumen de agua aplicado después de adoptar CAR, surco alterno y tubería con compuertas** Ahorro de agua mínimo si adopta el riego por pulsos Volumen de agua aplicado después de adoptar CAR, surco alterno, tubería con compuertas y pulsos * 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 m 3 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 25

41 Parámetro Unidad C001 C002 C003 C004 C005 C006 C007 Promedio Precipitación mm Sistema Tuberías Canal Abierto A partir de Vinaza Sistema Tuberías Canal Abierto A partir de Vinaza m3/haaño m3/haaño m3/haaño 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 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 Fuente Subterránea Subterránea Subterránea Subterránea Subterránea Rios Rios - Dentro de este estudio se modela un motor de 100 HP para el bombeo de 341 m 3 de agua por hora, resultando en una demanda de energía de 0,22 kwh por m 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 26

42 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) Consumo No Maquinaria Objetivo Diesel Primer año de preparación de la tierra [l/ha] kg/ha Mezcla de residuos de cosecha, 1 Grada I 18 15,0 destrucción de heces 2 Corte de raíz Rompimiento del suelo compactado mejora de la profundidad de las raíces 48 39,9 Proceso Ecoinvent Labranza, cultivador rotatorio/ch U Labrado, rastrilleo, por rastreadora rotatoria/ch U 3 Arador Mezcla de tierra vegetal 24 20,0 labranza, arado/ch U 4 Grada II Buena superficie de labrado 18 15,0 Labranza,rastrilleo, por rastrillo rotatorio/ch U 5 Preparación de la superficie de Labranza, rastrilleo, por rastrillo Grada III 18 15,0 labranza rotatorio/ch U 6 Laminación Nivelación: relleno en huecos, rejillas para drenar exceso de agua 7 5,8 Labranza, rastrilleo /ha/ch 7 Surcado Surcos de siembra: 16 13,3 Labranza, rastrilleo /CH U 9 Fertilizante Mejorar el suelo: Aplicación de cal. 5 4,2 Fertilización por transmisión/ch U 8 Tractor Siembra 7 5,8 Plantación/ha/CH 9 Fertilización Fertilización 5 4,2 Fertilización por transmisión /CH U Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 27

43 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 Cosecha Manual Cosecha Mecánica Consumo de Diesel (l/ha-año) kg/ ha-año 12,9 10,73 75,4 62,73 Set de datos Ecoinvent usado Carga del forraje por trailer autocargador /CH U 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 28

44 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 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 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 Camión 32t Barco de carga Pesticidas km km kg/ha Fertilizante mineral kg/ha Fertilizante orgánico Calphos kg/ha Cal agrícola (carbonato de calcio) kg/ha Fertilizante orgánico kg/ha Vinaza 35% kg/ha Compost kg/ha 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 29

45 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 Uso del suelo en 2000 Tipo uso del suelo Caña Azúcar Caña Azúcar Caña Azúcar Caña Azúcar Caña Azúcar Caña Azúcar Caña Azúcar Caña Azúcar Ocupación m2a 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 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 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 Además, se asume que el contenido de carbono en el suelo permanece constante durante el ciclo de la caña de azúcar 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) 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 NO x 1,70E-04 kg/kg caña (Leal 2005) CH 4 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 NH 3 son del 15% del total de nitrógeno aplicado y el modelo Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 30

46 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 NH 3, respectivamente. Las emisiones de N 2 O 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) Cuestionario Parámetro Unidad C001 C002 C003 C004 C005 C006 C007 Promedio NH3-N kg/kg caña 2,6E-04 8,6E-07 1,8E-04 2,2E-04 1,6E-04 2,1E-04 2,5E-04 2,4E-04 N2O kg/kg caña 7,8E-05 4,2E-05 5,9E-05 7,0E-05 5,6E-05 7,7E-05 9,4E-05 7,7E-05 NOx kg/kg caña 1,6E-05 8,8E-06 1,2E-05 1,5E-05 1,2E-05 1,6E-05 2,0E-05 1,6E 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 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 aparente Corg, EMPA t suelo /m 3 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 t C/ 3000m 3 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 Norg kg/ha 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 R k 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 0,85 0,86 0,81 0,80 0,81 0,80 0,73 0,82 421,02 424,60 400,30 396,51 400,30 392,91 362,29 403,56 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 31

47 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 f Cm Escorrentía promedio [kgp ha-1 año-1] Fertilizante mineral [kgp ha-1] Fertilidad del suelo (kgp/ha) 0,18 2,18 3,18 4,18 5,18 7,18 8,18 3,35 6, ,53 20,53 6,76 0,14 34,11 0, ,59 16,59 4,98 kg P /kg caña 1,13E-05 1,06E-05 9,18E-06 1,10E-05 9,18E-06 1,18E-05 1,45E-05 1,16E 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) Cuestionario Parámetro Unidad C001 C002 C003 C004 C005 C006 C007 Promedio Cd kg/kg caña -2,3E-10 2,0E-10-3,4E-10-3,5E-10-3,6E-10 3,6E-09 7,3E-09 1,1E-09 Cu kg/kg caña 1,7E-08 3,6E-07 6,4E-09 6,2E-09 4,3E-09 1,6E-06 2,3E-06 5,1E-07 Zn kg/kg caña 1,6E-07 2,3E-06 8,3E-08 7,5E-08 6,8E-08 9,6E-06 1,2E-05 3,0E-06 Pd kg/kg caña 3,7E-09 7,3E-09 4,0E-09 9,1E-10 3,6E-09 5,4E-08 1,2E-07 2,3E-08 Ni kg/kg caña 1,3E-08 2,9E-08 6,7E-09 6,3E-09 6,0E-09 1,4E-07 3,2E-07 6,4E-08 Cr kg/kg caña 8,9E-09 2,0E-08 4,1E-09 3,8E-09 3,4E-09 1,2E-07 8,4E-06 8,1E-07 Hg kg/kg caña 3,4E-18 2,5E-09 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 1,3E-08 1,6E-08 3,9E-09 Glifosato kg/kg caña 0,0E+00 2,6E-08 2,7E-08 3,5E-08 2,9E-08 6,0E-08 8,9E-08 8,9E-08 Azufre kg/kg caña 0,0E+00 1,6E-04 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 Roundup kg/kg caña 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 1,1E-07 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 Ametryn kg/kg caña 4,9E-08 4,9E-08 2,7E-08 3,2E-08 2,7E-08 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 Diuron kg/kg caña 1,2E-07 0,0E+00 3,0E-06 1,7E-07 3,0E-06 1,5E-10 1,8E-10 1,8E-10 Terbutryn kg/kg caña 5,1E-06 6,2E-06 5,4E-06 6,4E-06 5,4E-06 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 2,4-D kg/kg caña 5,1E-09 4,3E-09 3,7E-09 4,4E-09 3,7E-09 5,5E-09 6,7E-09 6,7E-09 Hipoclorito de sodio 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 Ametryn 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 32

48 Cuestionario Parámetro Unidad C001 C002 C003 C004 C005 C006 C007 Promedio Atrazine kg/kg caña 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 1,8E-07 2,3E-07 2,3E-07 Hidrocarbu ros, alifáticos, kg/kg caña 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 2,3E-07 2,8E-07 2,8E-07 alcanos clorinados Fluazifop kg/kg caña 0,0E+00 0,0E+00 4,6E-08 6,0E-08 5,0E-08 0,0E+00 0,0E+00 0,0E Ingenio de azúcar y producción de etanol Introducción La capacidad instalada de producción de etanol de caña de azúcar es 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 (Fuente: Asocaña) Compañía Región Capacidad (l/día) INCAUCA * Miranda, Cauca PROVIDENCIA * El cerrito, Valle MANUELITA * Palmira, Valle MAYAGÜEZ * Candelaria, Valle RISARALDA La Virginia, Risaralda TOTAL 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 litros por día. Están planeadas dos plantas de etanol a partir de caña de azúcar con una capacidad proyectada de 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 33

49 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 Etanol producido Litro/día Factor de ponderación % 25,6% 23,7% 17,8% 32,9% 100,0% 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. Caña de azúcar Fabrica de azúcar Escenario optimizado: - Caldera y turbina eficientes - No se alimenta carbon a la caldera Miel B Electricidad vendida bagazo Azúcar EtOH plant EtOH 99.6% 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. Ceniza de caldera hojas cachaza Tratamiento del agua Flemaza CO2 liq Escenario Optimizado : CO2- liquido es recuperado y vendido. Compostaje lodos Vinaza Campo compost NOTA : No todas las compañias de EtOH, usan compostaje. Figura 15: Visión esquemática de producción de etanol en Colombia. (Fuente: CUE) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 34

50 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 Molino de azúcar Azúcar Lodo filtrado Hojas & residuos de planta de caña 100% azúcar (blanco especial) Compostaje Compostaje 19.6% azúcar 80.4% azúcar refin. Aplicación en campo & Compost Compostaje Cenizas Compostaje Compost Producción de etanol Alimentación caldera Intercambio de bagazo con la industria papelera Materia prima para etanol Bagazo Bagazo y carbón 100% azúcar refinada Aplicación en campo Aplicación en campo Aplicación en campo Bagazo y carbón 100% azúcar (blanco especial) Aplicación en campo Escenario promedio Promedio Compost Escenario optimizado azúcar refinada Compost Compostaje Compostaje Compostaje Aplicación en campo Bagazo y carbón Compostaje Promedio Compostaje Bagazo Si No Si Si Promedio Promedio Melazas B Melaza B Melaza B Melaza B % jugo claro CO2 Al aire & venta Al aire Al aire Al aire Tratamiento de vinaza Flemazas Tratamiento de agua Evaporación: Flubex ->Compost TAR (Lagunas) Laguna (Flemazas) Ferti-irrigación Evaporación: Flubex ->Compost TAR (Lagunas) Laguna (flemazas) Ferti-irrigación Evaporación: Flubex ->Campo de aplicación TAR (Lagunas) Laguna (Flemazas) Ferti-irrigación Evaporación: Flubex ->Compost TAR (Lagunas) Laguna (Flemazas) Ferti-irrigación Promedio Promedio (al aire & venta) Evaporación: flujo ->Compost TAR (Lagunas) Laguna (Flemazas) Fertiirrigación Promedio Venta Compostaje TAR (Lagunas) Laguna (Flemazas) Ferti-irrigación 7 Como se marca en la Figura 15Figura 15, el escenario de optimización considera una caldera y turbina eficiente y la venta de CO2 líquido. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 35

51 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 etanol 8, 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 36

52 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 Fotografías Descripción La caña que llega del campo es pesada en básculas y es conducida a Recepción y los patios donde, empleando un sistema de grúas, se almacena en preparación de caña vagones o canastas y luego se dispone directamente en las mesas de azúcar para dirigirla al conductor que alimenta los equipos de preparación. Preparación y molienda Generación de vapor Calentamiento y clarificación del jugo 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 molinos de tres o cuatro mazas cada uno. Dichas mazas son rodillos 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 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 impurezas y se calienta con vapores vegetales en intercambiadores de tubo y coraza, hasta una temperatura de ºC. El 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 37

53 Filtración Evaporación Proceso Fotografías Descripción jugo, sedimentándose por gravedad en forma de lodo. Cristalización y centrifugación Secado Refinería de azúcar Los lodos se someten a un proceso de recuperación de sacarosa por 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 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 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 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 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 38

54 Proceso Fotografías Descripción Transporte desde el 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 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 SD Nombre Ecoinvent Optimizado Ingenio de Caña de azúcar azúcar ton 100, Calefacción Calcio ton 0,08 0,01 Caliza, molida, suelta, en planta/ch U Clarificación Floculante ton 1,18E-03 9,14E-04 Químicos orgánicos, en planta/glo S Sulfitación Sulfato ton 0,01 0,00 Dióxido de azufre, líquido, en planta/rer U Caldera y lavado Agua ton 57,55 50,75 Agua del grifo, usuario/rer U Lavado NaOH ton 0,02 0,01 Hidróxido de sodio, 50% en H2O, mix de producción, en planta/rer U Molienda Biocidas ton 1,64E-04 1,11E-04 Cloruro de benceno, en planta/rer U Evaporación Tensoactivos ton 7,22E-05 1,21E-04 Cloruro de amonio, en planta/glo U - Electricidad autogenerada kwh Red de Electricidad, voltaje medio, producción KWh Electricidad de CO, a la red - Vapor ton 53,49 9,89 - 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 39

55 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 Unidad Bagazo Carbón Poder calorífico inferior MJ/kg 9 26,91 Humedad % 42 a 52 7,9 C % 46 66,99 H % 16 3 S % 0 1 O % 38 8 Ceniza % 2 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 40

56 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 Caldera Bagazo ton/100ton caña Entrada Carbón ton/100ton caña Agua ton/100ton caña Molino TCH psig Caldera C Tecnología Capacidad Lb vapor/h Eficiencia Carbón 83% 5% 0% Bagazo 66% 1% 66% Bagazo MJ/100 ton caña Carbón MJ/100 ton caña Total MJ/100 ton caña Salida Vapor molino ton vapor/100 ton caña 53,49 9,89 53,49 Vapor EtOH ton vapor/100 ton caña 0,07 0,01 0,07 Vapor total ton vapor/100 ton caña 53,57 9,88 53,57 Ceniza - carbón ton/100ton caña 0,18 0,06 0,00 Ceniza - bagazo ton/100ton caña 0,25 0,04 0,25 Turbina - electricidad Ingreso Vapor total ton vapor/100 ton caña Tasa de vapor kg vapor/kwh Tecnología Eficiencia kwh el./kwh térmico 8% 2% 9% Eficiencia kwh el./kwh materiales de entrada 5% 1% 6% Electricidad molino kwh/100 ton caña Salida Electricidad Vendida kwh/100 ton caña Electricidad etanol kwh/100 ton caña Total 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 kwh de electricidad, lo cual se encuentra en Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 41

57 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% 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 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 kt/año 1,63E-08 p/100t de caña Refinería de azúcar/glo Caldera kwth 7,63E-05 p/100t de caña Caldera & Turbina kwth 1,73E-04 p/100t de caña Turbina kwth 1,73E-04 p/100t de caña Unidad de cogeneración 6400kWth, quema de leña, construcción Unidad de cogeneración 6400kWth, quema de leña, componentes comunes para calor-electricidad Unidad de cogeneración 6400kWth, leña, componentes para electricidad solamente 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 ton - km 9 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 42

58 Tabla 30: Distancias de transporte por cada 100 toneladas de caña de azúcar. (Fuente: CUE con base en las visitas de campo) Nombre Transporte en camión >28t (km) Cantidad (ton por 100 ton caña) Caña de azúcar 23,27 100,00 Cal 493,7 0,08 Floculante 33,3 0,00 Ácido sulfúrico 184,7 - Azufre 448,3 0,01 Agua 0,0 57,55 NaOH, Hidróxido de sodio 30,0 0,02 Biocidas 620,0 0,00 Surfactante 620,0 0,00 Carbón 24,0 1,40 Total 2.405,6 ton - km 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 Unid Escenario: Promedio & Optimizado SD Destino Miel B ton 6,3E+00 4,4E-01 Para planta EtOH Jugo claro ton 1,0E+00 2,8E+00 Para planta EtOH Azúcar blanca ton 4,5E+00 4,4E+00 Para el mercado Azúcar refinada ton 4,8E+00 1,5E+00 Para el mercado Lodo filtrado ton 4,2E+00 4,1E-01 Para compostaje Bagazo a la caldera ton 2,5E+01 4,1E+00 Para caldera Bagazo para papel ton 5,4E+00 3,7E+00 Para industria papel Desecho de caña al piso ton 1,3E-01 - Para compostaje Hoja de caña de azúcar ton 5,8E-01 - Para compostaje Vapor ton 6,0E+01 4,2E+01 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 43

59 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 Unidad Cantidad por 100ton Cantidad por kg bagazo Residuos, calor MJ 1,0E+06 5,8E+00 Dióxido de Carbón, biogénico kg 1,2E+05 7,1E-01 Óxido de nitrógeno kg 4,9E+03 2,0E-04 Partículas, < 2.5 m kg 2,5E+03 1,0E-04 Monóxido de carbono biogénico kg 3,9E+02 1,6E-05 Metano, biogénico kg 2,4E+01 9,8E-07 NMVOC, distintos compuestos de metano de orgánicos volátiles, origen no especificado kg 3,4E+01 1,4E-06 Dióxido de azufre kg 1,4E+02 5,6E-06 Monóxido de di-nitrógeno kg 1,3E+02 5,2E-06 Acetaldehído kg 3,4E+00 1,4E-07 Hidrocarburos alifáticos a alcanos, sin especificar kg 5,1E+01 2,1E-06 Hidrocarburos alifáticos, insaturados kg 1,7E+02 7,0E-06 Arsénico kg 5,6E-02 2,3E-09 Benzo(a)pireno kg 2,8E-02 1,1E-09 Benceno kg 5,1E+01 2,1E-06 Bromo kg 3,3E+00 1,4E-07 Calcio kg 3,3E+02 1,3E-05 Cadmio kg 3,9E-02 1,6E-09 Cloro kg 1,0E+01 4,1E-07 Cromo kg 2,2E-01 8,9E-09 Cromo VI kg 2,2E-03 9,0E-11 Cobre kg 1,2E+00 5,0E-08 Dioxinas, medida como,3,7,8-tetraclorodibenzo-pdioxina kg 1,7E-06 7,0E-14 Etil Benceno kg 1,7E+00 6,8E-08 Flúor kg 2,8E+00 1,1E-07 Formaldehido kg 7,2E+00 2,9E-07 Hexacloro Benceno kg 4,0E-07 1,6E-14 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 44

60 Sustancia Unidad Cantidad por 100ton Cantidad por kg bagazo Mercurio kg 1,7E-02 6,8E-10 Potasio kg 1,3E+03 5,3E-05 Magnesio kg 2,0E+01 8,1E-07 Manganeso kg 9,5E+00 3,9E-07 Sodio kg 7,2E+01 2,9E-06 Amonio kg 9,7E+01 3,9E-06 Níquel kg 3,3E-01 1,4E-08 Fósforo kg 1,7E+01 6,8E-07 PAH, hidrocarburo aromáticos poli cíclicos kg 6,1E-01 2,5E-08 Plomo kg 1,4E+00 5,6E-08 Pentacloro Fenol kg 4,5E-04 1,8E-11 Tolueno kg 1,7E+01 6,8E-07 m-xileno kg 6,7E+00 2,7E-07 Zinc kg 1,7E+01 6,8E 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 Unid Escenario: "Promedio" & Optimizado SD Chatarra ton 6,3E-03 4,3E-03 Residuo ordinario Aceite usado Desechos peligrosos ton 3,8E-03 - ton 5,2E-04 - ton 3,2E-04 - Papel ton 2,3E-04 - Embalaje ton 1,8E-03 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 Producción de etanol 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 45

61 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 Imagen Descripción 1. Materia prima Las materias primas para la producción de alcohol son: jugo clarificado, miel B y Melaza, todos de la refinería de azúcar. 2. Fermentación 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 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 46

62 Proceso Imagen Descripción 3. Destilación 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 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. 4. Deshidratación 5. Concentración de Vinaza 6. Almacenamiento y despacho 7. Compostaje 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 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 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. Finalmente el producto es enviado a la zona de almacenamiento, que permite almacenar 20 días de producción para suplir los requerimientos del mercado. La planta de compostaje industrial procesa los residuos orgánicos generados en la producción de azúcar y etanol, tales como: cachaza, 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 de aguas La planta de tratamiento de aguas residuales de la destilería recibe las flemazas y condensados de la concentración de vinaza. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 47

63 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 base en las visitas de campo) Procesos Entrada Unidad Fermentación Fermentación Propagación de Fermentación. Limpieza Fermentación (con contaminación) Fermentación Fermentación Destilación Limpieza Nutriente Fermentación y propagación Fermentación (con contaminación) Fermentación y propagación Cogeneración Fermentación Melaza B Jugo claro H2SO4 NHO3 Antibióticos general Antiespumante Ácido fosfórico Agua de refrigeración NaOH Urea Fosfato diamónico Antibióticos Lacostab Nutri-Plex Plus Nalco Pulv Matabisulfito Fermentación Bioclean 5980 kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH 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 2,7E-05 2,3E-05 2,7E-05 8,2E-04 1,2E-03 8,2E-04 1,8E-04 2,5E-04 1,8E-04 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 Químicos orgánicos, planta/glo U Acido fosfórico, grado industrial, 85% en H2O, planta/rer U 1,3E+00 2,8E+00 1,3E+00 Agua del grifo, usuario/rer U 8,5E-03 4,9E-03 8,5E-03 1,8E-03 1,9E-03 1,8E-03 2,0E-04 1,9E-04 2,0E-04 4,9E-05 9,5E-05 4,9E-05 7,3E-06 1,4E-05 7,3E-06 1,8E-06 2,7E-06 1,8E-06 2,4E-06 3,7E-06 2,4E-06 8,1E-03 1,2E-02 8,1E-03 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 Químicos orgánicos, planta/glo U Químicos orgánicos, planta/glo U Sulfato de sodio de producción de Viscosa, planta/glo S Químicos orgánicos, planta/glo U Químicos orgánicos, planta/glo U Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 48

64 Procesos Entrada Unidad Limpieza Cogeneración Fermentación Hipoclorito Nalco 3DT Masthone Nalco Action Vapor Electricidad autogenerada Electricidad de la red kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kg/kg EtOH kwh/kg EtOH kwh/kg EtOH 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 Nombre de Ecoinvent Almacén regional, 15% en H2O, planta/rer U Sulfato de sodio desde producción, planta/glo S Químicos orgánicos, 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 Infraestructura 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 toneladas de etanol por año. Por kg de etanol producido, se requieren el equivalente a 5,5 E-10 plantas 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 Distancia de transporte, Camión>28t (km) Distancia de transporte, Buque de carga (km) Cantidad (kg por kg EtOH) Melaza B - 3,3E+00 Jugo claro - 5,2E-01 H2SO4 8,5E+01 1,7E-02 NHO3 1,1E+03 1,1E-03 Antibióticos en general 1,2E+03 9,0E+03 2,7E-05 Antiespumante 1,2E+03 9,0E+03 8,0E-04 Ácido fosfórico 1,2E+03 9,0E+03 1,8E-04 NaOH 2,5E+02 8,3E-03 Urea 2,5E+01 8,3E-04 Fosfato de Di amonio 2,5E+01 3,4E-05 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 49

65 Producto Distancia de transporte, Camión>28t (km) Distancia de transporte, Buque de carga (km) Cantidad (kg por kg EtOH) Antibióticos Lacostab 4,0E+01 4,8E-05 Gasolina desnaturalizada 4,0E+01 7,2E-06 Nalco Pulv 4,0E+01 1,7E-06 Metabisulfito 4,0E+01 2,4E-06 Bioclean ,0E+01 7,9E-03 Hipoclorito 4,0E+01 4,7E-04 Nalco 3DT 4,0E+01 1,1E-05 Matabisulfito 1,2E+03 1,5E+04 2,7E-06 Nalco Action 4,0E+01 2,3E-05 Total [Ton.kilómetro] 6,26E-03 9,06E 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 Unidad Promedio SD Optimizado Destino Etanol 99,6% kg/kg EtOH 1.0E E+00 1,0E+00 Al mercado CO2 al ambiente kg/kg EtOH 9.5E E-02 9,5E-01 A la atmósfera CO2 liquido kg/kg EtOH 1.6E E-02 1,6E-02 Al mercado Vinaza 32.5 kg/kg EtOH 7.8E-01-7,8E-01 Compost Vinaza 35 kg/kg EtOH 1.6E E-01 1,6E+00 Compost Vinaza 55 kg/kg EtOH 2.4E-01-2,4E-01 Fertilización Fusel kg/kg EtOH 2.0E E-04 2,0E-03 Mezclado con EtOH Flemazas a PTAR kg/kg EtOH 3.9E E+00 3,9E+00 Tratamiento de aguas El alcohol fusel es un alcohol de orden superior y está constituido de 1-propanol, isopropanol, n- butanol, isobutanol, alcohol amílico y furfural. En la mayoría de los casos el fusel se vende para pinturas o mezclado con etanol 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

66 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 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 / m 3 -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 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 51

67 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 Cantidad Unidad Entrada Flemazas 7,32E+00 ton/100 ton caña de azúcar Condensados 6,88E+00 ton/100 ton caña de azúcar total 1,42E+01 m3/100 ton caña de azúcar Salida Agua tratada 1,27E+01 m3/100 ton caña de azúcar Lodo 2,10E+00 ton/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 m 3 (Fuente: CUE) Sustancia Unidad Entrada Salida (AR (AR) tratada) Remoción Guía Demanda química de oxígeno DQO como O 2 kg/m % 0.25 Demanda Bioquímica de oxígeno y DBO 5 como O 2 kg/m % 0.05 Carbono orgánico disuelto COD como C kg/m % Carbono orgánico total COT como C kg/m % N kg/m % 0.01 P kg/m % 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 CH 4 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 Cantidad Unidad DQO removida 2.86E+01 kg/100 ton caña Metano 6.01E+00 kg CH 4 /100 ton caña CH 4 emitido 9.02E-01 kg/100 ton caña Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 52

68 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 Adición de vinaza (10-30 días) Estabilización (30-45 días) ceniza y las hojas), se apilan y se mezclan con frecuencia usando un torno especial (máquina Backhus, 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. 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. 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 A continuación se toma la planta de compostaje de una empresa visitada para modelar el proceso: Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 53

69 Figura 20: Esquema general del proceso de compostaje (Fuente: CUE con base en visitas de campo) 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) Entrada Sustancia Unidad Escenario: Promedio" Escenario: Optimizado Ceniza de caldera ton/100 t caña Desechos de caña en el suelo ton/100 t caña Hoja de caña de azúcar ton/100 t caña Lodo (TAR) ton/100 t caña Filtrado de lodo ton/100 t caña Vinaza 35% ton/100 t caña Vinaza 55% ton/100 t caña 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 54

70 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 Este estudio Humedad Cantidad Agua MO C N P2O5 K2O C/N "estándar" Entrada % ton ps ton % % % % % - Ceniza caldera Barredura residuo de caña Hojas de caña Lodos (TAR) Cachaza Vinaza 35% Vinaza 55% Total Entrada Salida Compost Agua evaporada N2O CH4 ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña ton/ 100 t caña 1,60 5,00 1,52 0, ,87 1,67-0,13 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, ,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, , , , ,00004 Las emisiones de N 2 O 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 CH 4 por kg de materia seca (IPCC 2006 ). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 55

71 Tabla 43: Balance de masa de compostaje por 100 toneladas de caña de azúcar, (escenario optimizado). Sustancia Unidad Este estudio "estándar" Humedad Cantidad Agua Material orgánico C N P2O5 K2O C/N Entrada % ton ps ton % % % % % - Ceniza caldera Barredura residuo de caña ton/100 t caña ton/100 t caña Hojas de caña ton/100 t caña Lodos (TAR) ton/100 t caña Cachaza ton/100 t caña Vinaza 35% ton/100 t caña Vinaza 55% ton/100 t caña Total Entrada Salida Compost Agua evaporada N2O CH4 ton/100 t caña ton/100 t caña ton/100 t caña ton/100 t caña ton/100 t caña 0,25 5,00 0,24 0, ,87 1,67-0,13 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, ,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 0,89 31,21 5,47 100,00-5,47 0, , , , 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 56

72 Infraestructura 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 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 Visión general del inventario y asignación En seguida los flujos de materiales principales y valores energéticos, cuales determinan los factores de asignación, están suministrados 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 57

73 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) 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 Entrada Caña de azúcar 100,00 ton - 22,3% - 21,6% Salida Azúcar especial 4,50 ton ,1% 16,50 31,5% Azúcar refinada 4,79 ton ,2% 16,50 33,5% Etanol 99,6% 1,90 ton ,3% 26,80 21,6% Bio compostaje 6,13 ton 96 3,2% 5,00 13,0% Electricidad, vendida 256,79 KWh 140 0,2% 3,60 0,4% CO 2 _líquido 0,03 ton 80 0,0% - 0,0% 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 CO 2 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 58

74 Tabla 45: Factores de asignación de la producción de etanol (Escenario:"Optimizado"). (Fuente: CUE) Escenario: "Optimizado" Balance de masa Asignación económica Asignación energética Cantidad Unidad COP/unidad Cantidad Unidad Entrada Caña de azúcar 100,00 ton - 22,5% - 22,5% Salida Azúcar especial 4,50 ton ,5% 16,50 32,8% Azúcar refinada 4,79 ton ,6% 16,50 34,9% Etanol 99.6% 1,90 ton ,5% 26,80 22,5% Bio compost 4,36 ton 96 2,3% 5,00 9,6% Electricidad, vendida 114,51 kwh 140 0,1% 3,60 0,2% CO 2 _líquido 0,09 ton 80 0,0% - 0,0% 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 Descripción Referencia Azúcar blanca COP/kg Precios promedio desde 2008 hasta Los precios se ponderaron de acuerdo a los volúmenes y precios (Asocaña 2011) del mercado nacional y de exportación. Azúcar refinada COP/kg Precios promedio desde 2008 hasta Los precios se ponderaron de acuerdo a los volúmenes y precios (Asocaña 2011) del mercado nacional y de exportación. Etanol 99,6% COP/kg Precios promedio desde 2008 hasta (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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 59

75 Producto Valor Unidad Descripción Referencia Biocompost 96 COP/kg En 2010 Valor suministrado por personal de empresas (comunicación personal) Valor suministrado por Electricidad, 146 COP/kWh En 2009 personal de empresas vendida (comunicación personal) Valor suministrado por CO 2 líquido 80 COP/kg En 2009 personal de empresas (comunicación personal) Bagazo para papel 47 COP/kg En 2009 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 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) 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 60

76 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) Valores energéticos Tabla 47: Valores energéticos de los productos de la refinería de azúcar y de la planta de etanol Producto Valor Unidad Descripción Referencia Azúcar especial 16.5 MJ/kg Comunicación personal Azúcar refinada 16.5 MJ/kg con Cenicaña 2011 Etanol 99.6% 26.8 MJ/kg El contenido energético estándar para etanol (Jungbluth, Dinkel et al. 99,6% se toma de Ecoinvent 2007) Biocompost 5 MJ/kg Compostaje con un contenido de humedad Estimado con base en el de 27.5 % contenido de humedad Electricidad, vendida 3.6 MJ/kWh Factor de conversión - CO 2 líquido 0 MJ/kg Cultivo de la palma de aceite 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 61

77 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 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 hectáreas, lo que representa un incremento del 9,8% respecto al año anterior ( 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 ( ha), donde se localiza el 36% de la superficie sembrada total. El 32% se encuentra en la Zona Norte ( ha), el 26% en la zona central ( ha) y el 6% en la zona occidental ( ha) (Fedepalma 2009). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 62

78 Figura 24: Principales zonas de cultivo de palma de aceite en Colombia 2008 (Fedepalma 2009) 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 63

79 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 64

80 En general, se utilizaron tres cultivos en el Oriente, con un área total de 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 Norte Centro Oriente Área total Área muestreada ,40 Representatividad 8,7% 6,7% 10,3% 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 65

81 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 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 66

82 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) 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 67

83 Figura 27: Presentación esquemática sobre el inventario de palma de aceite (Fuente: CUE) Materias primas y auxiliares Fertilizantes minerales En la Tabla 51, se presentan las entradas de fertilizantes minerales por área de cultivo. Además, se muestra el N total, P 2 O 5, K 2 O, MgO and B 2 O 3. 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 Unidad E001 E002 E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003 Abotec kg/ha/año ,4 319, Fosfato Nitrato de Amonio, como P2O5 kg/ha/año 73,3 51, Borax kg/ha/año 11,5 8,1-14,6 14,6 2,4 39,4-18,5 42,9 Óxido de boro kg/ha/año , ,7 - - DAP, como N kg/ha/año ,2 2,2-0,1 20,9 - - DAp, como P2O5 kg/ha/año ,8 5,6 5, ,4 - - Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 68

84 Fertilizante Unidad E001 E002 E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003 Mineral Dolomita kg/ha/año 228,7 161,4 134, Fortaleza (Abomicol) kg/ha/año , Granufos 40 kg/ha/año ,1 - Hydran kg/ha/año , KCl kg/ha/año ,0 141, ,3-429,0 Kieserita kg/ha/año ,1 62,1-199, Mags kg/ha/año ,0 MAP kg/ha/año ,5 97, Sulfato de Magnesio kg/ha/año , Nitromag kg/ha/año ,6 22, Nitrosam kg/ha/año ,6 174, Fósforo nutric kg/ha/año ,0 Nutrimon kg/ha/año ,4 572,0 Otros compuestos de N kg/ha/año ,4-16,8 - Cloruro de potasio kg/ha/año 322,8 227,8 262, , ,9 - Nitrato de potasio kg/ha/año , Sulfato de potasio kg/ha/año ,0 105,0-696, SAM kg/ha/año ,5 473,9 592,3-286,0 Sulfomag kg/ha/año ,1 34, Azufre kg/ha/año , Tripel 18 kg/ha/año , Urea kg/ha/año 181,3 128,0 35,0 32,0 32,0-0, Sulfato de Zinc kg/ha/año ,9 Resumen Total N kg/ha/año 83,4 58,9 16,1 118,4 118,4 104,5 107,6 142,3 81,0 133,0 Total P2O5 kg/ha/año 73,3 51,7 39,8 25,3 25,3 32,3 48,6 53,4 38,5 111,5 Total K2O kg/ha/año 193,7 136,7 157,4 219,9 219,9 123,3 354,7 253,4 177,8 460,5 Total MgO kg/ha/año 50,3 35,5 29,5 35,5 35,5 93,1 48,0-29,7 71,5 Total B2O3 kg/ha/año 5,5 3,9 11,5 7,3 7,3 1,1 18,9 13,7 10,1 22, 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). N P 2 O 5 K 2 O MgO Peso seco 0,54% 0,14% 2,77% 0,32% Peso húmedo 0,28% 0,07% 1,41% 0,16% Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 69

85 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 base en las visitas de campo) Fertilizante orgánico Unidad E001 E002 E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003 Tusa kg/ ha - año Compostaje kg/ ha - año 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 Unidad E001 E002 E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003 Glifosato, en kg/ kg almacén regional / RFF RER S Compuestos de Bipiridilium, en kg/ kg almacén regional / RFF RER S Compuestos de urea (sulfonados), en almacén regional / RER S Alcoholes etoxilados ( AE7), petroquímica, en planta / RER S kg/ kg RFF kg/ kg RFF Compuestos Organofosforados, kg/ kg en almacén RFF regional/ RER S Compuestos de Acetamida-anilida, kg/ kg en almacén RFF regional Compuestos de Ftalamida, en almacén regional / RER S 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 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 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 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 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 70

86 Agroquímico Unidad E001 E002 E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003 Compuestos Piretroides, en almacén regional / RER S Compuestos de Benzimidazol, en almacén regional / RER S kg/ kg RFF kg/ kg RFF Compuestos de N kg/ kg cíclico, en almacén RFF regional / RER S Compuestos de Ditiocarbamato, en kg/ kg almacén regional/ RFF RER S Compuestos de Triazina, en kg/ kg almacén regional / RFF RER S Compuestos de (Tio) carbamato, en almacén regional / RER S kg/ kg RFF Herbicidas, en kg/ kg almacén regional / RFF RER S Insecticidas, en almacén regional /RER S Fungicidas en almacén regional /RER S kg/ kg RFF kg/ kg RFF 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 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 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 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 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 4,98E-8 6,97E-8 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 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 5,58E-6 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 0,00E+0 0,00E+0 0,00E+0 2,85E-7 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 71

87 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 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 Unidad E001 E002 E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C Imagen de: Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 72

88 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 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 (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 E 001 E 002 Pasto AGB 3,00 3,00 3,75 2,88 2,88 2,88 2,88 3,78 1,27 3,78 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 73 E 003 N 001 N 002 N 003 N 004 C 001 C 002 C 003

89 IPCC Cambio en el uso de la tierra E 001 E 002 BGB 1,13 1,13 1,41 0,81 0,81 0,81 0,81 1,42 0,48 1,42 Palma AGB 17,42 17,42 17,42 17,08 17,08 17,08 17,08 17,22 17,22 17,22 BGB 5,34 5,34 5,34 5,24 5,24 5,24 5,24 5,28 5,28 5,28 Arroz AGB 0,23 0, ,76 - BGB 0,03 0, ,09 - Reservas de carbono en el suelo (natural) 50,00 50,00 50,00 30,00 30,00 30,00 30,00 20,00 20,00 20,00 Parámetr Facto de uso del suelo o de (FLU) cultivo 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Factor de manejo (FMG) 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 Factor de entrada(fi) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 E 003 Antes AGB 20,65 20,65 21,17 19,96 19,96 19,96 19,96 21,00 19,25 21,00 BGB 6,50 6,50 6,75 6,05 6,05 6,05 6,05 6,70 5,85 6,70 SOC 50,00 50,00 50,00 30,00 30,00 30,00 30,00 20,00 20,00 20,00 TOT 77,14 77,14 77,92 56,01 56,01 56,01 56,01 47,70 45,10 47,70 Después (Palma) Diferenci a AGB 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 BGB 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 SOC 57,50 57,50 57,50 34,50 34,50 34,50 34,50 23,00 23,00 23,00 TOT 115,0 115,0 115,0 92,0 92,0 92,0 92,0 80,5 80,5 80, t C/ha 37,86 37,86 37,08 35,99 35,99 35,99 35,99 32,80 35,40 32,80 Años 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 kg C/ kg RFF 0,10 0,14 0,15 0,08 0,12 0,06 0,07 0,06 0,07 0,06 kg CO2/kg RFF 0,35 0,50 0,54 0,31 0,43 0,24 0,26 0,23 0,25 0,23 N 001 N 002 N 003 N 004 C 001 C 002 C 003 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) 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 CO 2 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) 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 (SHL 2010). Para la urea, las emisiones de NH 3 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% Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 74

90 del Total Amoniacal Nitrógeno (TAN) 15 se emiten en forma de NH 3. Las emisiones de N 2 O 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 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 SQCB 16 (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 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 Contenido de arcilla 4,90 4,90 4,90 4,90 4,90 4,90 4,90 4,90 4,90 4,90 L Profundidad de raíz (m) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Corg % 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 Densidad aparente t suelo /m3 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 1,40 Corg, EMPA t C/ 3000m 3 34,00 34,00 34,00 34,00 34,00 34,00 34,00 34,00 34,00 34,00 Norg kg/ha 4.378, , , , , , , , , ,79 U kg N/ ton producción 118,38 84,00 75,90 128,46 91,80 166,20 154,38 159,60 154,26 159,60 N kg NO3/kg RFF 4,79E-03 7,97E-03 3,62E-03 Fósforo al agua superficial 5,05E- 03 1,03E-02 2,54E-03 2,29E- 03 A Perdida del suelo potencial anual a largo plazo [t ha-1 año-1] 2,24 19,48 36,75 27,28 36,00 44,72 53,44 42,36 48,31 54,24 R Factor de erosividad [MJ mm ha-1 h-1 año-1] 2.322, , , , , ,08 799,59 799,59 799, ,08 k Factor de erodabilidad [t h MJ-1 mm-1] 0,13 1,13 2,13 3,13 4,13 5,13 6,13 7,13 8,13 9,13 LS Factor Pendiente[-] 0,30 0,30 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 0,02 0,02 L longitud m 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 C1 Factor cultivo [-] 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 C2 Factor labrado [-] 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 P Factor practica [-] 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 3,24E- 03 8,86E- 04 2,85E Para Tusa un valor TAN de kg/kg está asumido, basado en valores del informe de Agrammon.. 16 Para más información acerca del modelo SQCB favor ver sección Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 75

91 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] 5,10E- 04 9,41E-04 6,46E-04 8,31E- 04 6,37E- 04 7,52E- 04 8,16E- 04 0,18 1,18 2,18 3,18 4,18 5,18 6,18 7,18 8,18 9,18 f Fertilizante mineral [kgp ha-1] 73,26 51,70 39,76 25,34 25,34 32,32 48,61 53,45 38,50 111,54 Cm Fertilidad del suelo (kgp/ha) , kg P /kg FFB 3,22E-05 2,90E-04 5,79E-04 4,83E- 04 8,89E-04 6,52E-04 8,25E- 04 9,37E- 04 1,07E- 03 1,35E 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 Metsulfuronmethyl Alcohol ethoxylate Malathion Metalaxil Thiram Diquat Azoxystrobin Phthalimide Unidad E001 E002 E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003 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 kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF 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 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 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 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 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 76

92 Residuos al suelo Carbendazim Difenoconazole Propiconazole Propineb Triazine, 1,3,5- Mancozeb Carbofuran Unidad E001 E002 E003 N001 N002 N003 N004 C001 C002 C003 kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF kg/kg RFF 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 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 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 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 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 Extracción de aceite de palma y producción de biodiesel Introducción En Colombia, la capacidad instalada de molienda de RFF (Racimos de Fruta Fresca) en el año 2009 fue de 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 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 Región Capacidad [ton/año] Operación desde Oleoflores* Codazzi, Cesar Julio 2007 Odin Energy Santa Marta, Magdalena Marzo 2008 Biocombustibles Sostenibles del Caribe* Santa Marta, Magdalena Febrero 2009 Bio D* Facatativá, Cundinamarca Abril 2009 Aceites Manuelita* San Carlos de Guaroa, Meta Junio 2009 Ecodiesel Barrancabermeja, Santander Junio 2010 TOTAL 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 77

93 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) Factor de ponderación 19% 21% 15% 36% 8% Refinería de aceite de palma Compañía Empresa A Empresa B Empresa C Empresa D Producción anual (ton) Factor de ponderación 27% 15% 34% 24% Planta de biodiesel Compañía Empresa A Empresa B Empresa C Empresa D Producción anual (ton) Factor de ponderación 24% 21% 21% 34% 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 78

94 Racimos de fruta fresca, RFF Fábrica aceite de palma Aceite de palmiste Torta de palmiste Ceniza Optimización: - Captura y quema de metano de acuerdo a PDO AR 21.4 t Aceite crudo Tusa AR Tratamiento de aguas AR Refinería Optimización: - Purificaión de glicerol Aceite refinado Ácidos grasos Transesterificación Glicerol crudo Purificación de glicerol Purif. glicerol AR Jabones 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 biodiesel 18 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 ). 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 79

95 3.4.3 Extracción de aceite de Palma 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 Figuras Descripción 1. Carga Los RFF pesados son descargados de los camiones a los vagones de tren de los RFF de palma de aceite. 2. Esterilización La esterilización es llevada a cabo con vapor a baja presión por cerca de 90 minutos. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 80

96 Proceso Figuras Descripción 3. Trillado 4. Digestión y prensado 5. Clarificación y secado 6. Tratamiento de efluentes 7. Desfibrado y extracción de palmiste Los frutos se separaran de los racimos mediante un proceso mecánico. La 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 la ruptura de las células contenedoras de aceite. El digestor comúnmente 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 en la diferencia de densidades. El aceite clarificado se almacena en tanques. El aceite se seca para reducir la humedad, mediante el calentamiento en sistemas de tanques o por secado atmosférico o en vacío. 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 de las nueces y se remueve el palmiste. El palmiste pasa a través del silo de secado y el aceite es prensado. El aceite de palmiste se vende y la torta de palmiste se usa como forraje. La fibra y la cáscara son recogidas y se emplean como combustible en la caldera 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 Unidad Escenario: Promedio SD Escenario: Optimizado Racimos de frutos frescos ton 100,00-100,00 Agua ton 109,84 5,17 109,84 Autogeneración de electricidad kwh 740, , ,00 Electricidad de la red kwh 1.358,11 820,33 57,24 Electricidad diesel kwh 19,08 21,15 28,00 Vapor ton 43,35 14,90 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 81

97 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) 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 Escenario: Promedio SD Escenario: Optimizado Aceite crudo de palma ton 21,38 0,79 21,38 Tusa ton 21,34 1,81 21,34 Aceite de palmiste ton 2,00 0,70 2,00 Harina de palmiste ton 2,86 0,61 2,86 Agua residual ton 97,17 6,44 97,17 Fibra ton 13,16 0,45 13,16 Cáscara de nueces ton 7,90 1,16 7, 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 Unidad RFF Cáscara Fibra Poder calorífico inferior MJ/kg 6,03 12,57 8,98 Humedad % 24,94 6,16 28,76 C % 54,3 51,8 58,9 H % 18,7 25,1 20,15 S % 0,22 0,3 0,24 N % 3,8 5,15 4,21 O % 11,02 12,35 8,62 Contenido de ceniza % 8,93 4,96 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 82

98 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 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). Emisión Unidad 1MJ de 1 MJ de 100 ton fibra cáscara of RFF Calor, residual MJ Dióxido de carbono, biogénico kg 0,24 0, Óxidos de nitrógenos kg 1,14E-04 1,50E-04 3,88E+01 Material particulado, < 2.5 m kg 5,84E-05 7,68E-05 1,98E+01 Monóxido de carbono, biogénico kg 9,11E-06 1,20E-05 3,09E+00 Metano, biogénico kg 5,65E-07 7,42E-07 1,91E-01 NMVOC, compuestos orgánicos volátiles no metano, origen no especificado kg 7,94E-07 1,04E-06 2,69E-01 Dióxido de azufre kg 3,24E-06 4,26E-06 1,10E+00 Monóxido de di nitrógeno kg 2,99E-06 3,93E-06 1,01E+00 Acetaldehído kg 7,94E-08 1,04E-07 2,69E-02 Hidrocarburos, alifáticos, alcanos, sin especificar kg 1,18E-06 1,56E-06 4,01E-01 Hidrocarburos, alifáticos, insaturados kg 4,03E-06 5,30E-06 1,37E+00 Arsénico kg 1,30E-09 1,71E-09 4,41E-04 Benzopireno kg 6,50E-10 8,55E-10 2,20E-04 Benceno kg 1,18E-06 1,56E-06 4,01E-01 Bromo kg 7,81E-08 1,03E-07 2,65E-02 Calcio kg 7,61E-06 1,00E-05 2,58E+00 Cadmio kg 9,11E-10 1,20E-09 3,09E-04 Cloro kg 2,34E-07 3,08E-07 7,94E-02 Cromo kg 5,15E-09 6,77E-09 1,75E-03 Cromo VI kg 5,20E-11 6,84E-11 1,76E-05 Cobre kg 2,86E-08 3,76E-08 9,70E-03 Dioxinas, medidas como 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-pdioxin kg 4,03E-14 5,30E-14 1,37E-08 Etil benceno kg 3,90E-08 5,13E-08 1,32E-02 Flúor kg 6,50E-08 8,55E-08 2,20E-02 Formaldehido kg 1,69E-07 2,22E-07 5,73E-02 Hexaclorobenceno kg 9,37E-15 1,23E-14 3,17E-09 Mercurio kg 3,90E-10 5,13E-10 1,32E-04 Potasio kg 3,04E-05 4,00E-05 1,03E+01 Magnesio kg 4,70E-07 6,17E-07 1,59E-01 Manganeso kg 2,22E-07 2,92E-07 7,54E-02 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 83

99 Emisión Unidad 1MJ de 1 MJ de 100 ton fibra cáscara of RFF Sodio kg 1,69E-06 2,22E-06 5,73E-01 Amoniaco kg 2,26E-06 2,97E-06 7,67E-01 Níquel kg 7,81E-09 1,03E-08 2,65E-03 Fósforo kg 3,90E-07 5,13E-07 1,32E-01 PAH, hidrocarburos aromáticos policíclicos kg 1,43E-08 1,88E-08 4,85E-03 Plomo kg 3,24E-08 4,26E-08 1,10E-02 Pentaclorofenol kg 1,05E-11 1,38E-11 3,57E-06 Tolueno kg 3,90E-07 5,13E-07 1,32E-01 m-xileno kg 1,56E-07 2,05E-07 5,29E-02 Zinc kg 3,90E-07 5,13E-07 1,32E 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 Cantidad Unidad Nombre Ecoinvent Extracción 1,00E-04 Planta Extractora de aceite/ch aceite Caldera 8,67E-05 Planta Unidad de cogeneración 6400kWth, quema de leña, construcción/ch 3,47E-04 Planta Turbina 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 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 Refinería y planta de Biodiesel 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 84

100 Figura 33: Resumen esquemático sobre el proceso de refinación de aceite de palma y la producción de biodiesel (fuente: 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 2. Produccion de biodiesel El aceite crudo se filtra, blanquea y desodoriza (aceite de palma refinado, blanqueado y desodorizado, o RBD) empleando ácido cítrico y tierras de blanqueo. 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 85

101 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 Unidad Escenario: "Promedio y optimizado" Aceite crudo de palma ton 1,04 Ácido cítrico kg 0,77 Arena de blanqueo kg 5,01 NaOH kg 0,34 Electricidad de la red kwh 14,09 Agua kg 179,24 Vapor kg 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 Unidad Escenario: "Promedio y optimizado" Aceite refinado ton 1,00 Metanol kg 108,65 Metóxido de Sodio kg 18,15 Ácido acético kg 0,63 Ácido cítrico kg 0,68 Ácido sulfúrico kg 0,18 Ácido clorhídrico kg 7,69 Hidróxido de sodio kg 0,48 N2 gas m3 2,23 Ácidos grasos kg 11,92 Electricidad de la red kwh 28,18 Vapor kg 361, 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 Unidad Escenario: "Promedio" SD Escenario: "Optimizado" Aceite refinado kg 1.003,47 24, ,47 Tierras de blanqueo kg 6,85 0,83 6,85 Ácidos grasos kg 35,87 3,52 35,87 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 86

102 SALIDA Unidad Escenario: "Promedio" SD Escenario: "Optimizado" Agua residual kg 146,99 104,39 146,99 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 Escenario: "Promedio" SD Escenario: "Optimizado" Biodiesel kg 1.000,0 0, ,0 Glicerina cruda kg 137,4 40,3 137,4 Jabón kg 50,8 47,4 50,8 Agua residual kg 76,2 66,8 76,2 Sedimentos kg 1,3 0,7 1,3 Pérdida de metanol kg 0,4 0,7 0, Generación de energía El vapor utilizado en el proceso de transesterificación tiene una presión media de a 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) 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 87

103 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). Vehículo Producto Unidad transporte, camión>32t, EURO3 Barco de carga Aceite crudo de palma tkm 70,1 - Insumos para refinería tkm 3,6 10,0 Aceite refinado tkm - - Insumos para transesterificación tkm 67,6 771,7 Total tkm 141,3 781, Purificación de la Glicerina Introducción 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: 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 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 88

104 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 Unidad Escenario: "Optimizado" Glicerina cruda kg 114 Carbón activado kg 0,83 NaOH kg 0,64 Agua kg 235 Vapor kg 241 Electricidad de la red kwh 17, 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 ton 0,00903 Relleno sanitario Carbón activado ton 0,00084 Relleno sanitario Agua residual ton 0,24 Tratamiento aguas residuales Infraestructura 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") Transporte El carbón activado es importado desde el extranjero y el Hidróxido de sodio es transportado sobre una distancia de 530 km en camión Tratamiento de Aguas Residuales Introducción 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 89

105 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 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 Unidad Cantidad Agua residual total Ton 106,60 Contenido de DQO Ton 5,23 Agua residual extracción Ton 99,60 Contenido de DQO Ton 5,19 Agua residual refinería Ton 3,92 Contenido de DQO Ton 0.02 Agua residual transesterificación Ton 3,08 Contenido de DQO Ton 0,02 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 90

106 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 Unidad Promedio Optimizado Agua residual total ton 68,69 68,69 Contenido de DQO ton 0,32 0,32 Remoción de DQO ton 4,91 4,91 Metano ton 1,03 0, Infraestructura 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" 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 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 91

107 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 Fábrica aceite de palma 2 t Aceite de palmiste 2.9 t Torta de palmiste 0.6 t Ceniza 100 t AR 21.4 t Aceite crudo 21.3 t Tusa 69 t AR Tratamiento de aguas 4 t AR Refinería 20.9 t 0.7 t Aceite refinado Ácidos grasos Transesterificación 2.9 t Glicerol crudo Purificación de glicerol 2.6 t Purif. glicerol 3 t AR 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) 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 92

108 Tabla 78: Factores de asignación para la producción de biodiesel (escenario: promedio). Fuente: CUE Escenario: "Promedio" Balance de masa Asignación económica Asignación energética Cantidad Unidad COP/unidad %FA MJ/unidad %FA Entrada Racimos de frutos frescos 100,00 ton 85% - 56% Salida Aceite de palmiste 2,00 ton % 37,00 5.5% Torta de palmiste 2,86 ton % 19,10 4% Biodiesel 20,90 ton % 37,20 56% Glicerina cruda 2.87 ton % 25,30 5.5% Glicerina purificada - ton % 19,00 0% Jabón 1.06 ton % 37,00 3% Tusa 21,34 ton % 16,80 26% Tabla 79: Factores de asignación de factores para la producción de biodiesel (escenario: optimizado). Fuente: CUE Escenario: "Promedio" Balance de masa Asignación económica Asignación energética Cantidad Unidad COP/unidad Cantidad Unidad Entrada Racimos de frutos frescos 100,00 ton 80% 57% Salida Aceite de palmiste 2,00 ton % 37,00 6% Torta de palmiste 2,86 ton 266 1% 19,10 4% Biodiesel 20,90 ton % 37,20 57% Glicerina cruda - ton 419 0% 25,30 0% Glicerina purificada 2.59 ton % 19,00 4% Oleína 1.06 ton % 37,00 3% Tusa 21,34 ton 152 5% 16,80 26% Asignación económica Para obtener los Factores de Asignación (%FA) mencionados en la Tabla 78 se utilizaron los siguientes valores económicos. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 93

109 Tabla 80: Valores económicos de los productos de los RFF de la palma. Producto Valor Unidad Descripción Referencia Aceite de Precios promedio desde 2007 Anuario estadístico 2009 (Fedepalma COP/kg palmiste hasta ) Torta de Precios promedio desde 2007 Anuario estadístico 2009 (Fedepalma COP/kg palmiste 266 hasta ) Precios promedio desde 2007 Biodiesel COP/kg MinMinas hasta 2009 Basado en precios Glicerina COP/kg internacionales del mercado cruda a 2009 Glicerina purificada COP/kg Basado en precios internacionales del mercado 2007 a Jabones 150 COP/kg 2011 Comunicación personal con BioSc Tusa 152 COP/kg 2011 Comunicación personal con Cenipalma 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 Tabla 81: Valores energéticos de los productos de los RFF de la palma. Producto Valor Unidad Descripción Referencia Aceite de palmiste 37,00 MJ/kg Comunicación personal con Cenipalma Torta de palmiste 19,10 MJ/kg (O'Mara, Mulligan et al. 1999) Biodiesel 37,20 MJ/kg Ecoinvent Glicerina cruda 25,30 MJ/kg El mayor valor de la glicerina Glicerina purificada 19,00 MJ/kg cruda se explica debido a la presencia de metanol y trazas de biodiesel en la muestra Jabones 37,00 MJ/kg Suposición Tusa 16,80 MJ/kg Comunicación personal con Cenipalma 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) 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 94

110 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 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): Oleoflores Codazzi, Cesar: BioD, Facacativá: Aceites Manuelita, San Carlos de Guaroa 960 kilómetros 814 kilómetros 46 kilómetros 171 kilómetros 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 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: 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 95

111 Tabla 82: Distancias de transporte desde las plantas de biodiesel hacia el puerto marítimo en Santa Marta (Fuente: INVIAS 2006). Compañía Región Distancia hasta el puerto marítimo de Santa Marta (km) OLEOFLORES Codazzi, Cesar 330 BIOCOMBUSTIBLES Santa Marta, SOSTENIBLES DEL CARIBE Magdalena 10 MANUELITA San Carlos de Guaroa, Meta 1300 BioD Bogotá 960 En segundo lugar, el biodiesel debe ser transportado por buque tanque una distancia de 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: Uso de los combustibles en vehículos 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 96

112 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 El uso de combustible en un Renault Logan 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: 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 97

113 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: cálculos realizados por CUE) 1.4L 75hp 1.6L 90hp 1.5L cdi 70hp 1.5L cdi 85hp Parámetro Unidad Euro4 Euro4 Euro4 Euro4 Consumo de combustible Colombia km/gal urbano km/gal extraurbano litros por galón 3,7854 3,7854 3,7854 3,7854 l/100km urbano 8,23 8,80 l/100km extraurbano 4,85 4,98 Combustible estándar 99/100 EC NEDC l/100km urbano 9,6 10,0 5,0 5,3 l/100km extra-urbano 5,4 5,6 4,3 4,2 l/100km combinado 7,0 7,2 4,5 4,6 Real-world and technology adaption - 1,05 1,05 1,15 1,15 Consumo de combustible, mundo real unidades SI l/100km 7,35 7,56 5,18 5,29 Peso en orden de marcha kg Potencia HP kw 55,0 65,0 50,0 63,0 Emisión de CO2 (fabrica) g/km 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 ( 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 km a 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 98

114 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 99

115 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 100

116 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 ( km en EEUU, km en Colombia). Vehículo a gasolina: El consumo de energía y el perfil de emisión para el vehículo a gasolina corresponde al conjunto de datos estándar Ecoinvent: operación, automóvil de pasajero, gasolina, flota promedio 2010/km/RER. El consumo de combustible es: 0, 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: 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, NO x ) por el estándar de emisión EURO4. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 101

117 Tabla 86: Inventario de emisiones de los vehículos de referencia en California, la gasolina y diesel (Fuente: Ecoinvent v2.2) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 102

118 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) 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 Extracción de petróleo crudo Colombia es un importante exportador neto de petróleo. De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía 19, 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 ton Petróleo crudo Motor: Gasolina Gas/Diesel Producción De otras fuentes Importaciones Exportaciones Búnkeres de barcos internacionales Búnkeres de aviones internacionales Cambios de inventario 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 ( Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 103

119 Unidad ton Petróleo crudo Motor: Gasolina Gas/Diesel Suministro doméstico 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 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 104

120 El proceso de Ecoinvent "petróleo crudo, a Producción/RME U" se empleó como la aproximación para las condiciones de Colombia (Jungbluth 2007) Refinación En Colombia, cerca del 74% del petróleo crudo se refina en la refinería de Barrancabermeja en Santander. Las refinerías en Colombia operan al 95% de la 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 azufre 20, 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 105

121 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 Ecoinvent 21. 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 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 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 106

122 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/m 3 ) Gasolina regular de motor (Promedio 2008) ,14 742,20 Diesel Regular (Promedio 2008) ,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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 107

123 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 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 Tecnología de Transporte Cuota crudo extracción (km) Procesos Ecoinvent California 34% California 32% Producción en tierra 200 Petróleo crudo, Producción en tierra/rme S California 2% Producción en costa 200 Petróleo crudo, Producción en costa/gb U Alaska 21% Alaska 16% Producción en tierra Petróleo crudo, Producción en tierra /RME S Alaska 5% Producción en costa Petróleo crudo, Producción en costa/gb U Extranjero 45% Arabia Saudita 11% Producción en tierra Petróleo crudo, Producción en tierra /RME U Iraq 8% Producción en tierra Petróleo crudo, Producción en tierra /RME U Ecuador 8% Producción en tierra Petróleo crudo, Producción en tierra /CO U Otros 18% Petróleo crudo, Producción en tierra /RME U Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 108

124 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 azufre 22,, a la refinería kg/rer U" y "gasolina de bajo azufre, a la refinería / kg / RER U) (Jungbluth 2007) 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, ,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 Unidad Voltaje medio Voltaje bajo Voltaje alto Mezcla IPCC GWP 100a kg CO2 eq 0,166 0,188 0,162 0, Bajo azufre = 50ppm S Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 109

125 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 Expertos 23 (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 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: Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 110

126 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 Combustibles fósiles 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 CO 2 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 CO 2 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 CO 2 equivalente por MJ de combustible. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 111

127 Figura 47: Emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de combustibles fósiles en g de CO 2 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 CO 2 de combustibles fósiles de diferentes estudios. Emisiones GEI (g CO2/MJ combustible) Sin combustión Emisiones GEI (g CO2/MJ combustible) Con combustión País Gasolina Diesel Gasolina Diesel Referencia Colombia 13,43 8,73 86,39 83,50 Cálculos propios Colombia 10,30 10,50 83,23 85,26 California ,70 86,77 Cálculos propios Reino Unido ,00 86,00 Estudio de Ecopetrol (Ecopetrol 2011) Uso obligatorio de combustible Renovable (Dehue, Hamelinck et al. 2007) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 112

128 Emisiones GEI (g CO2/MJ combustible) Sin combustión Emisiones GEI (g CO2/MJ combustible) Con combustión País Gasolina Diesel Gasolina Diesel Referencia Estados Combustible de bajo carbono, ,71 95,86 Unidos California (CARB 2009) 24 Unión Directiva de Energía Renovable, EU ,80 87,64 Europea (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 CO 2 eq 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 113

129 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 114

130 4.2 Etanol de caña de azúcar 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 CO 2 equivalentes en comparación con la gasolina fósil (226 g de CO 2 eq. por v.km 25 ). 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 CO 2 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 115

131 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 CO 2 eq. 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 116

132 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 CO 2 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 ). 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 117

133 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 118

134 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 119

135 4.3 Biodiesel de aceite de palma Potencial de calentamiento global 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 CO 2 equivalentes en comparación con el diesel fósil (190 g de CO 2 eq. por v.km 26 ). 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 CO 2 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 CO 2 por MJ de combustible. Por MJ de combustible y excluyendo la infraestructura las emisiones de GEI oscilan entre 23 y 35 gramos CO 2 por MJ. La generación de GEI en la producción de biodiesel es superior a la producción de combustibles fósiles, los cuales emiten el CO 2 en el proceso de combustión. Sin embargo, si se toma en cuenta la combustión, los resultados son comparables a los presentados en la Figura 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 120

136 Figura 59: Potencial de calentamiento global de biodiesel a partir de aceite de palma por proceso en g CO 2 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 121

137 captura el biogás emitido y se quema (CO 2 se emite en lugar de CH 4 ). 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 CO 2 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 ). 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 122

138 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 123

139 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 124

140 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 125

141 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.) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 126

142 4.5 Opciones de mezcla y exportación a California Potencial de calentamiento global 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 127

143 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 Potencial de calentamiento global 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 128

144 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 129

145 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 CO 2 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 130

146 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 CO 2 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 131

147 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 Asignación económica Asignación energética Tech. Tech. Tech. Tech. Escenario Unidad estándar optimizada estándar optimizada Escenario 1: sin LUC/iLUC Escenario 2: con LUC/sin iluc Escenario 3: con LUC/iLUC (bosque tropical) Escenario 3: con LUC/iLUC (bosque tropical húmedo) Escenario 3: con LUC/iLUC (matorral) Gasolin a fósil kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil) 26% 26% 26% 26% 100% kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil) 26% 26% 26% 26% 100% kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil)) 156% 156% 152% 152% 100% kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil)) 110% 110% 107% 107% 100% kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil)) 56% 56% 55% 55% 100% Paso 1: Sin LUC y iluc Leyenda Asignación económica Asignación energética Tecnología promedio Tecnología optimizada Paso 2: Con LUC/ sin iluc LUC: 100% caña de azúcar-> Sin cambio Impacto Impacto promedio mínimo del cultivo del cultivo Impacto máximo del cultivo iluc: matorrales iluc: Bosque húmedo tropical caducifolio iluc: Bosque tropical Paso 3: Con LUC y iluc LUC: 100% caña de azúcar iluc: Escenarios potenciales RED value EtOH caña de azúcar, RED Emisiones GEI por defecto Gasolina fósil -20% 0% 20% 40% 60% 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 132

148 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 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 133

149 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, TC , 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 134

150 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 Asignación económica Asignación energética Tech Tech Tech Tech Escenario Unidad estándar optimizada estándar optimizada Escenario 1: sin LUC/iLUC Escenario 2: con LUC/sin iluc Escenario 3: con LUC/iLUC (bosque tropical) Escenario 3: con LUC/iLUC (bosque tropical húmedo) Escenario 3: con LUC/iLUC (matorral) Diesel fósil kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil) 60% 35% 46% 29% 100% kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil) 17% -7% 17% 1% 100% kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil) 207% 180% 145% 128% 100% kg CO2eq/ v.km % (comparado on fósil) 136% 111% 97% 81% 100% kg CO2eq/ v.km % (comparado con fósil) 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 135

151 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, TC , 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 136

152 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 CO 2 _eq/año. Esto es equivalente a cerca del 3% del total de emisiones de CO 2 colombianas en 2008 o 8% de las emisiones de CO 2 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, TC , 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 137

153 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 138

154 6 Referencias Acosta, A. D. F. (2009). Política Nacional de Biocombustibles. F. E. Medellín. Colombia. Agrammon (2009). Technical process description AGRAMMON Draft. Aguas, J. T. (1995). riegos. El cultivo de la caña en la zona azucarera de Colombia cenicaña. Cali. Asman, W. (1992). Ammonia emission in Europe: updated emission and emission variations.report Bilthoven, The Netherlands, National Institute of Public Health and Environmental Protection (RIVM). Asocaña (2011). Informe Anual Asocana. Cali, Colombia. BRICEÑO, C. (22 to 27 de julio de 2006). Disposición de las vinazas producidas en las destilerías del sector azucarero colombiano. Taller combustibles, energía y el medio ambiente a partir de la caña de azúcar y otras biomasas. CENICAÑA. Santa Lucia, Guatemala. CARB (2009). Californian Low Carbon Fuel Standard. Resolution S. o. California. Sacramento: 19. Castillo, E. F. (2009) "Cogeneración en el sector azucarero colombiano." Cenicana. (2004). "Proceso de obtención de azúcar." from Cenicaña (2001). "Serie Técnica 29. Centro Panorámica del Valle Geografico del Rio Cauca." Cenicaña (2010). Ahorras de agua y volumenes aplicados con el uso de tecnologias de riego. Florida, Colombia. Cenicaña. (2011). "Historic dates of the sugar agroindustry in Colombia." from Conservation, C. D. o. (2008) Annual report of the state oil & gas supervisor. Sacramento. Corley, R. H. V. and P. B. Tinker (2007). Care and Maintenance of Oil Palms, Blackwell Science Ltd. Corley, R. H. V. and P. B. Tinker (2007). The Classification and Morphology of the Oil Palm, Blackwell Science Ltd. Corley, R. H. V. and P. B. Tinker (2007). The Origin and Development of the Oil Palm Industry, Blackwell Science Ltd. Dehue, B., C. Hamelinck, et al. (2007). sustainability reporting within the RTFO: Framework Report. RTFO, Ecofys: 83. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 139

155 Dilek, F. B., U. Yetis, et al. (2003). "Water savings and sludge minimization in a beet-sugar factory through re-design of the wastewater treatment facility." Journal of Cleaner Production 11(3): EC (2008). Directive of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources. Brussels, Commission of the European Communities. ecoinvent centre (2009). ecoinvent data v2.2. Dübendorf, CH, Swiss Centre for Life Cycle Inventories. Ecopetrol (2008). ANH y Estadistica de la Industria Petrolera 2006 e Informes de Reservas Colombia. Ecopetrol. (2009). "Annual report supply and marketing." from ces%202009/finan-suministro.htm. Ecopetrol. (2009). "Downstream, Refining and Petrochemistry." from es%202009/finan-down.htm. Ecopetrol (2011). Evaluacion del analisis de ciclo de vida para los combustibles fosiles de ecopetrol. I. c. d. p.-. ICP. Colombia. EIA. (2009). "Petroleum statisitic Colombia." from Ellis, R. D. and R. E. Merry, Eds. (2007). Sugarcane, second edition: Chapter 5 sugarcane agriculture. Oxford, UK. EPA (1996). EMISSION FACTORS: 1.8 Bagasse Combustion In Sugar Mills. USA. EU-commission (2010). Communication from the commission on the practical implementation of the EU biofuels and bioliquids sustainability scheme and on counting ruels for biofuels. EU. Brussels. FAOSTAT (2009). Agriculture Data, Food and Agriculture Organization of the United Nations. Sugar cane. Faist-Emmenegger, M., J. Reinhard, et al. (2009). SQCB - Sustainability Quick Check for Biofuels: Background Report.. Dübendorf, EMPA: 118. Fargione, J., J. Hill, et al. (2008). "Land Clearing and the Biofuel Carbon Debt." Science 319(5867): Fedepalma (2006). FEDEPALMA SECTORAL CDM UMBRELLA PROJECT FOR METHANE CAPTURE, FOSSIL FUEL DISPLACEMENT AND COGENERATION OF RENEWABLE ENERGY. C. PDD. Fedepalma (2006). The Oil Palm Agroindustry in Colombia. Bogota, Colombia. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 140

156 Fedepalma (2009). Anuario estadistico la agroindustria de la palma de aceite en Colombia y el mundo. Bogota, Colombia. Frischknecht, R. and M. Faist Emmenegger (2007). Strommix und Stromnetz. Sachbilanzen von Energiesystemen: Grundlagen für den ökologischen Vergleich von Energiesystemen und den Einbezug von Energiesystemen in Ökobilanzen für die Schweiz. Final report ecoinvent 2007 No. 6. Dübendorf, CH, Swiss Centre for Life Cycle Inventories. Frischknecht, R., N. Jungbluth, et al. (2004). Implementation of Life Cycle Impact Assessment Methods. Dübendorf, CH, Swiss Centre for Life Cycle Inventories. GBEP (2009). The Global Bioenergy Partnership Common Methodological Framework for GHG Lifecycle Analysis of Bioenergy. Rome. Obtenido de: EP_GHG_report_2306.pdf Glyn, J., Ed. (2007). Sugarcane, second edition. Oxford, UK. Goedkoop, M. and R. Spriensma (2001). The Eco-indicator 99: A damage oriented method for Life Cycle Impact Assessment. Amersfoort, NL, PRé Consultants B.V. Goldemberg, J. (2007). "Ethanol for a Sustainable Energy Future." Science 315(5813): Guinée, J. (2001). Life Cycle Assessment: An operational guide to the ISO standards. Leiden, Netherlands, Kluwer Academic Publishers. Gunkel, G., J. Kosmol, et al. (2007). "Sugar Cane Industry as a Source of Water Pollution Case Study on the Situation in Ipojuca River, Pernambuco, Brazil." Water, Air, & Soil Pollution 180(1): Hampannavar, U. S. and C. B. Shivayogimath (2010). "Anaerobic treatment of sugar industry wastewater by Upflow anaerobic sludge blanket reactor at ambient temperature." INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES 1(4). Heriansyah (2008). OPTIMIZING THE USE OF OIL PALM BY-PRODUCT (EFB) AS FERTILISER SUPPLEMENT FOR OIL PALM. Jakarta, Indonesia. IEA. (2007). "Oil in Colombia in 2007." from IEA (2008). Electricity/Heat in Colombia in Paris, France. INVIAS (2006). Red vial nacional de IPCC (2001). Climate Change 2001: The Scientific Basis. Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). J. T. Houghton, Y. Ding, D. J. Griggset al. The Edinburgh Building Shaftesbury Road, Cambridge, UK, Cambridge University Press. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 141

157 IPCC (2006). Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories - Agriculture, Forestry and Other Land Use. Volume 4. IPCC (2006). Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Volume 4 Agriculture Forestry and Other Land Uses. Available from IPCC (2006 ). Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories - Volume 5 Waste. Volume 4. IPCC (2007). Climate Change 2007-the physical science basis. I. f. G. E. Strategies. Hayama, japan. ISO (2006) Environmental management - Life cycle assessment - Requirements and guidelines. Geneve, Switzerland, International Standard Organisation: 54. Jungbluth, N. (2007). Erdöl. Sachbilanzen von Energiesystemen: Grundlagen für den ökologischen Vergleich von Energiesystemen und den Einbezug von Energiesystemen in Ökobilanzen für die Schweiz. Final report ecoinvent v2.0 No. 6. Duebendorf, CH, Swiss Centre for Life Cycle Inventories. Jungbluth, N., F. Dinkel, et al. (2007). Life Cycle Inventories of Bioenergy. Final report ecoinvent v2.0 No. 17. Duebendorf, CH, Swiss Centre for Life Cycle Inventories. Leal, R. (2005). "BETTER SUGAR; BETTER BUSINESSMILL ISSUES AND CO-PRODUCTS." from LCA JOURNAL (2000). Bare C, Jane; Hofstetter, Patrick; Pennington C, David; Udo de Hae A, Helias; MIDPOINTS VERSUS ENDPOINTS: THE SACRIFICES AND BENEFITS. From: Macedo, I. (1997). "GREENHOUSE GAS EMISSIONS AND ENERGY BALANCES IN BIO-ETHANOL PRODUCTION AND UTILIZATION IN BRAZIL (1996)." Biomass and Bioenergy 14(1). Macedo, I. C., J. E. A. Seabra, et al. (2008). "Green house gases emissions in the production and use of ethanol from sugarcane in Brazil: The 2005/2006 averages and a prediction for 2020." Biomass & Bioenergy 32(7): MADR (2011) "Biocombustibles." MME and UPME (2010). Plan de Expansión de Referencia Generación Transmisión Bogotá, Colombia. Mondragón, H. (2007). "The sugarcane industry in Colombia." from Netafim. (2011). "Crop Growth Phases." from Nicolella (2010). Impact of reducing the pre harvest burning of sugar-cane area on respiratory health in Brazil. D. o. E. U. o. S. Paulo. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 142

158 NOAA. (2009). "Gasflares in Colombia 2008." from es_08_00_92.png. O'Mara, F. P., F. J. Mulligan, et al. (1999). "The nutritive value of palm kernel meal measured in vivo and using rumen fluid and enzymatic techniques." Livestock Production Science 60(2-3): PRé Consultant (2010). SimaPro LCA software. Amersfoort, Netherlands. Resources, D. o. N. (2010). Lessee's Acreage Summary. Alaska. Rosa, L. et al. Biofuel contribution to mitigate fossil fuel CO2emissions: Comparing sugar cane ethanol in Brazil with corn ethanol and discussing land use for food production and deforestation. RSB (2008). Roundtable on Sustainable Biofuels: Global Principles and criteria for sustainable biofuels production. Version Zero. Lausanne, EPFL: 12. Searchinger, T. Use of U.S. Croplands for Biofuels Increases Greenhouse Gases Through Emissions from Land-Use Change Sheridan, M. (2006). CALIFORNIA CRUDE OIL PRODUCTION AND IMPORTS. California, California Energy Commission. SHL (2010). Technische Parameter Modell Agrammon. Bern. TC383. (2009). "CEN-TC383: sustainably produced biomass for energy applications." from UNEP (2009). Assessing biofuels: towards sustainable production and use of resources. Obtenido de Pag 31. UNEP (2010). "Millennium Development Goals indicator: Carbon dioxide emissions (CO2), thousand metric tons of CO2 (CDIAC)." UPME (2003). FACTORES DE EMISIÓN DE LOS COMBUSTIBLES COLOMBIANOS. Bogotá, Colombia, ACADEMIA COLOMBIANA DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES (ACCEFYN). USDA (2009). Gain report- Colombia sugar market outlook. VROM (2000). Eco-indicator 99 - Manual for designers. S. P. a. t. E. Ministry of Housing. the Netherlands. Wood, B. J. and R. H. V. Corley (1991). The energy balances of oil palm cultivation. PORIN INTERNATIONAL PALM OIL CONFERENCE, Kuala Lumpur, Malaysia. XMexpertos (2010). NEON database. Colombia. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 143

159 Yañez, E. Valoración de oportunidades de cogeneración energética en el sector palmicultor colombiano: estudio de casos. CENIPALMA, NEST y CEIAM. Zah, R., R. Hischier, et al. (2007). Life Cycle Assessment of Energy Products: Environmental Impact Assessment of Biofuels. Bern, Bundesamt für Energie, Bundesamt für Umwelt, Bundesamt für Landwirtschaft. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 144

160 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 145

161 Semilla REFERENCIAS Variedad: Características: Procedencia: Tipo: Se utilizan semillas modificadas genéticamente? 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 146

162 Ciclo de vida- producción resiembra Rotación 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 del total del área total del cultivo cosecha en verde? Cuanto tiempo dura la quema (ha) 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? Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 147

163 Herbicidas y pesticidas Fertilizantes/ Madurantes/ químicos y orgánicos NOMBRE COMERCIAL PRESENTACION TIPO EMPAQUE CANTIDAD/HA DOSIS/TIEMPO FRECUENCIA APLICACIÓN NOMBRE PRESENTACION CANTIDAD/HA DOSIS/TIEMPO FRECUENCIA APLICACIÓN Que hace con los empaques de los fertilizantes y pesticidas? Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 148

164 Riego Unidades /ha Sistema de riego: Frecuencia del riego: Cantidad de agua utilizada por unidad de área o por tonelada producida: Cantidad de agua reutilizada: 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? Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 149

165 Preparación de suelos/ plantilla y socas 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 (rendimiento) Tipo de combustible utilizado cantidades: Otros implementos necesarios o utilizados en la preparación del suelo (plantilla y soca) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 150

166 Calidad del suelo USO DEL SUELO ANTES DEL CULTIVO (10 AÑOS Cuál era el uso de esta tierra (10 años antes) Como se puede documentar el uso anterior de la tierra 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 encuentra su cultivo? Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 151

167 OTRAS ACTIVIDADES 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? Describa las demás actividades relacionadas con el cultivo, utilización de mano de obra, rendimientos por unidad de área y costos. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 152

168 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 153

169 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 Nombre archivo anexo mapa ubicación Nombres y Apellidos de quien responde el formulario: Teléfono: Cargo: Correo Electrónico: Otros Datos: B. Generalidades Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 154

170 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 155

171 AREA POR EDAD (AÑOS) Distancia Vivero 0-1 Establecimiento Joven 3-10 Adulta de siembra variedad 1-3 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? Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 156

172 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 CANTIDAD FRECUENCIA Describir si es manual o mecánico (pases, tipo de máquina, nombre de gramos, producto comercial utilizado litros, jornales) Podría por favor indicarnos las labores realizadas a la plantación por grupo de edad y por hectárea (promedio 2009) Establecimiento 1-3 Años Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 157

173 TIPO DE LABOR UNIDAD CANTIDAD FRECUENCIA Describir si es manual o (pases, mecánico tipo de máquina, gramos, litros, nombre de producto jornales) comercial utilizado Podría por favor indicarnos las labores realizadas a la plantación por grupo de edad y por hectárea (promedio 2009) JOVEN (3 A 7AÑOS) TIPO DE LABOR UNIDAD CANTIDAD FRECUENCIA Describir si es manual o (pases, Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 158

174 mecánico tipo de máquina, nombre de producto gramos, litros, jornales) comercial utilizado Podría por favor indicarnos las labores realizadas a la plantación por grupo de edad y por hectárea (promedio 2009) Adulto (mayor de 7 Años) TIPO DE LABOR UNIDAD CANTIDAD FRECUENCIA Describir si es manual o (pases, mecánico tipo de máquina, gramos, litros, nombre de producto jornales) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 159

175 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 160

176 ESTABLECIMIENTO (1-3 AÑOS) JOVEN (3 A 7 AÑOS) ADULTO (MAS DE 7 AÑOS) FUENTES DE AGUA Fuentes de agua Como determina la cantidad y frecuencia de riego Reutiliza el agua o realiza algún tratamiento? Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 161

177 Pago por utilización del recurso ($/m3/año) Realizan análisis de agua Con qué frecuencia 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? Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 162

178 USO DE COMBUSTIBLE (PROMEDIO PLANTACION 2009) POR FAVOR DESAGREGUE SI LA MAQUINARIA ES UTILIZADA EN OTROS PLANTACIONES Consumos de combustibles y energía Tipo de No. Rendimiento Sistema Consumo de energía Consumo tecnología o (horas/ha) de Diesel Gasolina lubricantes maquinaria tracción (gal/ton (gal/ton (gal/ha) utilizada RFF) RFF) Rastras Cinceles Subsolador Ahoyado mecánico Tractor tipo 1 Tractor tipo 2 Motobombas Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 163

179 4. Transporte Interno no mecánico Tipo de No. Rendimiento Sistema de tracción tecnología (horas/ha) 5. Transporte mecánico desde plantación a planta de beneficio Tipo de No. Rendimiento Sistema Consumo de energía Consumo tecnología (horas/día) de Diesel Gasolina lubricantes tracción (gal/ton (gal/ton (gal/ha) RFF) RFF) Tractor Camión tipo? Tractomula Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 164

180 6. Maquinaria para la aplicación de productos en el manejo fitosanitario Tipo de No. Rendimiento Sistema Consumo de energía Consumo tecnología (horas/ha) de Diesel Gasolina lubricantes tracción (gal/ton (gal/ton (gal/ha) RFF) RFF) Aspersores de espalda Pulverizadores de motor Bombas estacionarias Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 165

181 7.3 Inventarios de los vehículos: Renault Logan Tabla 95: Inventario del chasis ( glider ). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 166

182 Tabla 96:Inventario del árbol de transmisión con motor gasolina( drivetrain petrol ) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 167

183 Tabla 97: Inventario del árbol de transmisión con motor diesel ( drivetrain diesel ). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 168

184 7.4 Metodologías ACV 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) Cumulative Energy Demand Demanda Acumulada de Energía Los factores de caracterización mencionados en este documento se pueden encontrar en el informe de Ecoinvent. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 169

185 RECURSOS NATURALEZA SALUD Indicadores de Punto Medio y Punto Final Introducción 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 verano 28 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 exposicion efecto daño evaluacion integrada Datos del Invenario Materias primas Uso del suelo CO2 CH4 VOS P SO2 Nox CFC Cd PAH DDT N2O Potencial de Calentamiento Global (GWP) Formacion de smog de verano (SMOG) Acidificación (ACID) Ecotoxicidad Terrestre (ETOX) Demanda acumulada de energia (CED) Enfermadad respiratoria (MP) Eutrofización (EUTR) Daño a la Salud Humana (HH) Daño a Ecosistemas (ES) Agotamiento de recursos no renovables (RE) Ecoindicador 99 emissions/ consumption 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 ( Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 170

186 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: kgco 2 _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) 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. (a partir del ítem 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 171

187 Tabla 98: Indicadores de punto medio empleados en este estudio Indicador Abrev. Unidades Comentarios Referencia Eutrofización EUTRO kg PO 4 eq. Acidificación ACID kg SO 2 eq. Eco- toxicidad ETOX PAF*m 2 yr Eutrofización (también conocida como nutrificación) incluye todos los impactos debido a los niveles excesivos de macronutrientes en el ambiente causados por las emisiones de nutrientes al aire, agua y suelo. Las sustancias que acidifican generan un amplio rango de impactos en el suelo, agua superficial y subterránea, organismos, ecosistemas y materiales (edificios). PAF (Fracción potencialmente afectada) se mide con base en los datos de toxicidad de los organismos terrestres y acuáticos como microorganismos, plantas, lombrices, algas, anfibios, moluscos, crustáceos y peces. CML CML (EI99) La formación foto-oxidante S la formación de sustancias reactivas (principalmente Oxidación fotoquímica SMOG kg C 2 H 4 eq. 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 PM 10, PM 2.5, PST, NO x, CO, VOCs and SO x (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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 172

188 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. 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 173

189 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 174

190 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 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 175

191 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 ( km) y así el impacto de la infraestructura (barra gris) es menor que en California ( km). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 176

192 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 Resultados - Etanol de caña de azúcar. Impactos ambientales de punto medio 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). Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 177

193 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 NO x debido a la combustión del bagazo. Impacto ambiental agregado 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 NO x 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) Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 178

194 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 E E E-04 EUTRO kg PO4-eq/v.km 6.79E E E E-04 ETOX PAF*m2yr/v.km 7.72E E E E-01 SMOG kg C2H4eq/v.km 7.16E E E E-05 MP DALY/v.km 3.55E E E E-09 EI99 EI99 points/v.km 2.22E E E E Resultados - Biodiesel de aceite de palma Impactos ambientales de punto medio 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 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 179

195 principal de la producción de biodiesel en términos de las emisiones de MP puede relacionarse con las emisiones de MP y NO x en los procesos de cogeneración. Impacto ambiental agregado 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 NO x 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 Indicador Unidades B100, mín. B100, promedio Col B100, máx. diesel Col ACID kg SO2eq/v.km 3.69E E E E-04 kg PO4- EUTRO eq/v.km 3.41E E E E-04 ETOX PAF*m2yr/v.km 7.47E E E E-01 kg SMOG C2H4eq/v.km 4.02E E E E-05 MP DALY/v.km 9.16E E E E-09 EI99 EI99 points/v.km 1.71E E E E-02 Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 180

196 Resultados - Opciones de mezcla y exportación a California Impacto ambiental agregado 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. Sostenibilidad de Biocombustibles en Colombia - Capitulo II: Estudio ACV Impacto Ambiental 181