Evaluación Ambiental para la Sostenibilidad de Biorrefinerías

Transcripción

1 IV Reunión Nacional de la Red Temática de Bionenergía XIII de la Red Mexicana de Bioenergía 3er Taller SMIBIO: Biorrefinerías de Pequeña Escala para a el Desarrollo Rural de América Latina y Europa Evaluación Ambiental para la Sostenibilidad de Biorrefinerías Julián Andrés Quintero Suárez, Ph.D. MSc, Ing. químico Escuela de Ingeniería Bioquímica, Facultad de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Valparaíso, Chile. Julian.quintero@pucv.cl

2 Concepto de biorrefinería Instalación con el equipamiento necesario para integrar los procesos de conversión de biomasa en combustibles, energía y coproductos de valor agregado. Las biorrefinerías sueles ser análogas a las refinerías de petróleo en la actualidad (NREL, National Renewable Energy Laboratory) Instalación donde se generan, de forma sostenible, un amplio espectro de productos de interés comercial a partir de biomasa (IEA, International Energy Agency)

3 Pero qué implica que una biorrefinería sea sostenible? Que toda la cadena de valor ha sido evaluada desde: Impacto ambiental Impacto económico Impacto social

4 Pero qué implica que una biorrefinería sea sostenible? Debe además tomar en cuenta las posibles consecuencias sobre: La seguridad alimentaria Disponibilidad de recursos El impacto sobre el uso del agua y su calidad El impacto sobre el uso de la tierra El impacto sobre el balance del carbono disponible en el suelo y su fertilidad. Balance de efecto invernadero Impacto sobre la biodiversidad Riesgos tóxicos Eficiencia energética

5 Cómo se mide la sostenibilidad? No tiene un valor absoluto Una evaluación de sostenibilidad se hace en comparación con un sistema convencional que provee el mismo producto o servicio

6 Metodología de Diseño y Evaluación de Biorrefinerías Diseño del proceso Modelos Datos de laboratorio Inventario del proceso Inventarios Materia prima Resultados de ACV

7 En busca de la sostenibilidad desde el diseño 1. Balances de masa y energía 2. Integración energética (Análisis pinch) 3. Evaluación económica ( Aspen Process Economic Analyzer) 4. Evaluación ambiental (Análisis de Ciclo de Vida)

8 Análisis de Ciclo de Vida (ACV) Norma ISO Conceptos generales de ACV Norma ISO Objetivo y Alcance Norma ISO Evaluación de Impacto Norma ISO Interpretación Norma ISO Reemplazó a 41, 42 & 43

9 Etapas del ACV Definición del Objetivo y Alcance Análisis del Inventario Interpretación Evaluación del Impacto Norma ISO

10 Software para Análisis de Ciclo de Vida

11 Bases de datos

12 Métodos de evaluación de impacto Ejemplo de categorías de Impacto de PUNTO MEDIO Calentamiento Global Emisiones de gases de efecto invernadero (CH 4, N 2 O, CFCs y CO 2 ) Acidificación Cambios en la acidez de suelo y agua (SOx, NOx y NHx) Eutrofización Altos niveles de macronutrientes (N y P) en suelo y agua (genera alta producción de biomasa, e.j algas) Agotamiento Abiótico Asociada con la extracción de minerales y combustibles fósiles Destrucción de la capa de ozono Aumento de la incidencia de la radiación UV (Bromo, Flúor, Cloro y CFCs) Smog Fotoquímico Formación de fotooxidante (ozono) en la troposfera a traves de la interacción con la radiación solar (NOx, VOC, CFCs) Ecotoxicidad Impacto en flora y fauna de las emisiones de compuestos tóxicos

13 Métodos de evaluación de impacto Ejemplo de categorías de Impacto de PUNTO FINAL Daños a la salud humana Nu mero y duración de las enfermedades y los an os de vida perdidos debidos a la muerte prematura por causas ambientales. Medido en an os de vida sometidos a una discapacidad (DALYs) Daño a la calidad del ecosistema Efecto sobre la diversidad de especies, especialmente en las plantas vasculares y los organismos sencillos. Medido como el porcentaje de todas las especies presentes en el ambiente viviendo bajo estrés tóxico (PDF). Daño a los recursos En esta categoría se incluye la necesidad extra de energía requerida en el futuro para extraer mineral de baja calidad y recursos fósiles. Medido como MJ de energía extra.

14 Casos 1. Objetivo: ACV de la producción de bioetanol en Chile a partir de Eucalyptus globulus Aspen Plus v7.3. Escala de la planta: 2000 t/d (base madera seca). SimaPro Software v8.0 (Pré Consultant, Netherlands)

15 Caso: Producción de bioetanol 1. Objetivo: ACV de la producción de bioetanol en Chile a partir de Eucalyptus globulus Aspen Plus v7.3. Escala de la planta: 2000 t/d (base madera seca). SimaPro Software v8.0 (Pré Consultant, Netherlands) 2. Límites del sistema De la cuna a la puerta Caso comparativo ACV mezcla E5 vs Gasolina

16 Límites del sistema

17 3. Estructura de inventarios Análisis de Ciclo de Vida ENTRADAS Materias Primas Adquisición de materias primas Producción SALI DAS Emisiones Atmosféricas Efluentes Líquidos Energía Uso/Reuso/ Mantenimiento Reciclado Gestión del Residuo Residuos Sólidos Coproductos Otros Vertidos

18 Consideraciones metodológicas: ACV cultivo El escenario forestal bajo estudio considera 1 ha de cultivo de E. globulus. La densidad de la plantación: 5,000 árboles ha -1 Rendimiento de biomasa: 18.8 m 3 ha-1 an o-1. Duración de 12 an os. 3 rotaciones (cosecha). Periodo de rotación de cultivos: 4 an os. Datos de campo proporcionados por los trabajadores forestales (ej: tipo de maquinaria, horas de operación, dosis de agroquímicos, consumo de combustibles, etc.)

19 Límites del sistema: Cultivo de Eucalipto Functional unit: 1 m 3 wood chips

20 Categorías de impacto Método de punto medio ReciPe Climate Change (CC) Ozone Depletion (OD) Human Toxicity (HT) Photochemical Oxidation Formation (POF) Terrestrial Acidification (TA) Freshwater Eutrophication (FE) Marine Eutrophication (ME) Terrestrial Ecotoxicity (TET) Freshwater Ecotoxicity (FET) Marine Ecotoxicity (MET) Water Depletion (WD) Fossil Depletion (FD)

21 Resultados. Contribución por fase de cultivo Fase 2, principal contribuyente

22 Resultados. Contribución de la fase 2: Corte Procesos involucrados en el ciclo de corte Procesos involucrados en la fertilización Fertilización principal contribuyente (35% a 99%)

23 Aspectos clave de la producción de bioetanol Parámetros Unidad Valor Producción t bioetanol/d 363,1 Rendimiento kg bioetanol/t madera 134,0 kg CO 2 eq/kg bioetanol -3,81 Emisiones GEI kg CO 2 eq/mj -0,11 Balance energético MJ/MJ 6,5 Valor energético neto (NEV) MJ/L 22,3 S1+S2 (kg CO 2 eq/kg bioetanol) Secuestration-C (kg CO 2 eq/kg bioetanol) (S1) Emisión neta** (kg CO 2 eq/kg bioetanol) Values 2,46-6,28-3,81

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25 Relative Contributions (%) Resultados. Contribución por fase involucrada en la producción de E CC OD HT POF TA FE ME TET FET MET WD FD Eucalyptus cultivation Bioethanol production Bioethanol Blend production Final use

26 Relative contributions (%) Resultados. E5 vs Gasolina CC POF TA ME TET MET WD FD E5 Gasolina

27 Relative Contributions (%) Resultados. E5 vs Gasolina OD HT FE FET E5 Gasolina

28 Conclusiones El uso de E5 reduce el impacto ambiental en las categorías de: cambio climático, acidificación terrestre, eutrofización de agua dulce, ecotoxicidad de agua dulce, ecotoxicidad marina, agotamiento del agua y agotamiento de recursos fósiles. El uso de E5 aumenta las contribuciones a otras categorías, como el agotamiento del ozono, la toxicidad humana, la formación de oxidantes fotoquímicos, la eutrofización marina, ecotoxicidad terrestre y el agotamiento de metales. Las actividades involucradas en la producción de la mezcla de etanol son las principales contribuyentes al impacto del medio ambiente, debido a la gasolina requerida en la mezcla, así como el uso final del E5 debido a las emisiones de combustión.

29 Gracias!