Proyecto. Informe de Consultoría. Producto 1:

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1 Proyecto Uso de los Residuos Agrícolas Orgánicos como Fuente de Energía: Aprovechamiento de Recursos y Reducción de Gases de Efecto Invernadero en Costa Rica Informe de Consultoría Producto 1: Evaluación de la Generación de Residuos Agrícolas Orgánicos (RAO) en Costa Rica e Identificación de Sector Prioritario Preparado por: Dr. Oscar Coto Chinchilla Presentado a: FITTACORI San José, Costa Rica Noviembre 2013

2 Tabla de Contenidos Pág. Resumen Ejecutivo Executive Summary Reconocimientos 1. Introducción 1 2. Enfoques Metodológicos Utilizados Conceptos Generales 2 3. Contexto Nacional Relevante Sector Agroalimentario Sector Energía 5 4. Caracterización de los Residuos Agrícolas Orgánicos (RAO) 7 5. Estimaciones de Biomasa Húmeda, Biomasa Seca y Energía Primaria para 9 distintos RAO en Costa Rica para el Año Estimaciones de Biomasa Húmeda, Seca y Energía Primaria por Sector 9 Agrícola en el Estimaciones de Biomasa Húmeda, Biomasa Seca y Energía Primaria por Tipo 14 Específico de RAO para el Estimaciones de Biomasa Seca y Energía Primaria para Distintos RAO en 22 Costa Rica para el año Estimaciones de Biomasa Seca y Energía Primaria por Sector Agrícola en el Estimaciones de Biomasa Seca y Energía Primaria por Tipo Específico de RAO 24 para el Caracterización de RAOs para el Sector Café y sus Áreas Prioritarias Sector café en Costa Rica Caracterización de RAOs en Regiones Cafetaleras de Costa Rica Conclusiones y Recomendaciones Referencias 34 Anexo 1: Datos de Origen para Estimaciones Realizadas 37 Anexo 2: Referencias de Caracterización de Residuos Agrícolas Orgánicos 39 (RAO) Anexo 3: Procedimientos de Estimación de Biomasa Húmeda, Biomasa Seca y 45 Energía Primaria Anexo 4: Entrevistas Realizadas 57

3 Resumen Ejecutivo El presente estudio se desarrolla en el marco de ejecución del Proyecto Uso de los residuos agrícolas orgánicos como fuente de energía: aprovechamiento de recursos y reducción de gases de efecto invernadero, desarrollado mediante alianza entre el Ministerio de Agricultura y Ganadería de Costa Rica y la Fundación FITTACORI, bajo el convenio específico CV El estudio en cuestión se realizó a través de una consultoría de corto plazo realizada por un periodo de 6 semanas entre agosto y septiembre del año Costa Rica realiza importantes esfuerzos para avanzar hacia el desarrollo bajo en emisiones. Como parte de dichos esfuerzos, se hace necesario valorar el potencial que tiene el sector agropecuario en la búsqueda de fuentes alternativas de energía limpia. Concretamente, se trata de explorar en este estudio corto la disponibilidad y utilización de los residuos agrícolas orgánicos (RAO), como opciones que contribuyan a sustituir fuentes convencionales de energía, principalmente hidrocarburos importados, por fuentes biomásicas nacionales; además, de contribuir a reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero y a mejorar la eficiencia energética y económica de los procesos productivos. La valoración realizada en este estudio sobre RAO en Costa Rica se circunscribe a las dimensiones del denominado análisis de potencial teórico de fuentes de energía biomásica, con la inclusión de algunos elementos de procesos de conversión tecnológica y tiene como objetivo actualizar información nacional y brindar elementos a tomadores de decisiones en sus procesos de diseño de políticas e instrumentos de apoyo al fortalecimiento del uso de la bioenergía en el país. Los límites del alcance del estudio se circunscriben al territorio nacional del país, se consideran fuentes de RAO en sectores agrícolas (tanto a nivel de campo como en actividades agroindustriales), sectores de producción animal (pastoreo y confinamiento) y el sector forestal en lo que respecta a aserraderos. La cuantificación realizada se basa en la consulta de fuentes secundarias y entrevistas a especialistas sectoriales. El estudio toma en cuenta los siguientes sectores de interés y RAO específicos:

4 1. Café: pulpa, cascarilla, mucílago. 2. Caña de azúcar: bagazo, cachaza, melaza, residuos de campo. 3. Piña: rastrojo, corona. 4. Arroz: granza. 5. Cítricos: cáscaras. 6. Banano: pinzote, banano rechazo. 7. Palma Africana: coquito, fibra mesocarpio, fibra pinzote. 8. Aserraderos: aserrín, burucha, leña, otros. 9. Avícola: excreta 10. Porcino: excreta. 11. Leche: excreta 12. Ganado de Carne: excreta. Se realiza una caracterización de los residuos considerados considerando los factores de generación de residuo, su contenido de humedad y el poder calórico superior; basado en recopilación y valoración de fuentes secundarias de información tanto nacional así como internacionales para dar un marco conservador y representativo a la estimación relevante de la energía potencial en base seca de cada uno de los RAOs. Se presentan resultados obtenidos por sector para la generación de biomasa húmeda, biomasa seca y energía contenida para el año 2012, que se convierte en el año de actualización realizada. El total de biomasa húmeda generada en el 2012 fue de unos 27 millones de toneladas, de los cuales los sectores agrícola y de aserraderos representan el 52,7% mientras que los sectores pecuarios representan un 47,13%. Mientras tanto en biomasa seca los sectores agrícolas y forestales representan un 55,4% mientras que los sectores pecuarios representan un 44,6%. A nivel del total de energía primaria potencial que en el 2012 se estima en los TJ, los sectores agrícolas y de aserraderos concentran un 54% del total de esa energía. Se nota que desde la perspectiva de potencial bruto, el sector pecuario es muy importante pero su disponibilidad real de residuo está relacionada con los factores de confinamiento de los sistemas productivos específicos, obviamente siendo menores en la ganadería extensiva de pasturas.

5 Se incluyen resultados generados de la estimación de biomasa y energía potencial por unidad de área de cultivo, aportando a la necesaria consideración espacial que caracteriza a los residuos de la biomasa; en los que se nota el potencial de algunos cultivos como la piña y el banano, cuyos RAOs no participan actualmente en cadenas de conversión de energía como si lo hacen los RAOs por ejemplo en caña y palma africana. A nivel de cada tipo de RAO para el año 2012, se presentan resultados comparativos entre distintos tipos de residuos con el objetivo de que tomadores de decisiones a nivel nacional y sectorial puedan observar la relevancia de las potenciales contribuciones energéticas y perfilar acciones de seguimiento relativas a caracterizaciones detalladas, valoraciones tecnológicas y de sendas de conversión observando sus implicancias en paradigmas de desarrollo sostenible.

6 Energía Primaria (TJ) A partir de la consideración de tasas de crecimiento anual observadas en los distintos sectores de estudio para los periodos y se realizan estimaciones de crecimiento de producción y de ahí se estiman las potenciales ofertas de biomasa húmeda y seca, así como energía potencial en los RAO en el país hacia el 2016; apoyándose también en la opinión de especialistas sectoriales consultados que permiten retroalimentar las tendencias y expectativas que con respecto a manejo energético de RAO tienen los distintos sectores considerados. El rango de estimación al 2016 indica que la energía en RAOs en dicho año estará alrededor de los TJ, mostrándose que habrá un aumento en cerca de un 9,9% con respecto al año base de Atendiendo la importancia estratégica dada en el país al impulso de acciones de mitigación climática como mecanismo para profundizar la sostenibilidad del cultivo cafetalero, que de por sí tiene una importancia alta a nivel social y económico, se detallan caracterizaciones de RAOS para diversas regiones cafetaleras del país. 250,0 223,5 200,0 161,0 150,0 122,2 129,5 Pulpa 100,0 50,0 72,1 39,4 27,0 83,8 96,7 52,9 36,3 58,4 31,9 21,9 70,8 48,6 88,0 60,4 15,5 8,55,8 Cascarilla Mucilago 0,0 Coto Brus Los Santos Perez Zeledón Turrialba Valle Central Valle Zona Norte Occidental Obviamente el alcance de metas de contribución debe considerar la capacidad y articulación de las políticas e instrumentos de apoyo que son necesarias para lograr este tipo de contribuciones; así como al adelanto en el trabajo metodológico y de valoración de tecnologías específicas que valoren la viabilidad técnico-económica de las rutas de conversión planteadas; tema que debe ser profundizado en el país y a nivel sectorial. Algunas de las conclusiones más relevantes son: Es posible aproximar la estimación de potenciales teóricos de energía contenida en los RAO estudiados, las fuentes de información son sólidas y aún cuando se puede mejorar el enfoque metodológico, los resultados son adecuados para aportar a procesos de toma de decisión a niveles nacionales y sectoriales para definir sendas de consolidación de la bioenergía en el país. Las valoraciones realizadas en este trabajo deben servir para ayudar a informar a diversos tipos de tomadores de decisiones y pueden ayudar a gestionar dinámicas de discusión necesarias para lograr apoyar y fortalecer la contribución energética de la biomasa.

7 El trabajo de gestión de escenarios apenas comienza y se insta a los tomadores de decisiones a realizar ejercicios y valoraciones de escenarios de participación plausibles que sirvan para poder definir mejor metas de interés a la gestión de la bioenergía en el país, apoyándose en establecimiento de mapas de ruta concertados. Algunas de las recomendaciones más relevantes son: Continuar profundizando en la valoración de recursos biomásicos, por ejemplo la valoración de disponibilidades de áreas de crecimiento de oferta y su relación con temas de sostenibilidad parece muy importante. Muchos cultivos agrícolas del tipo considerado, y que se desarrollan en ciclos, podrían tener cantidades importantes de biomasa en pie que podrían llegar a estar disponible a encadenamientos bioenergéticos en el país; por ende es importante poder desarrollar una aproximación a este entendimiento. Será necesario continuar fortaleciendo las capacidades nacionales y sectoriales de valoración de tecnologías de conversión bioenergética para apoyar la dirección de sendas sectoriales específicas. Se debe a la brevedad posible y una vez se definan rutas críticas, solventar una serie de retos específicos de caracterización de RAOs, adecuabilidad de acople tecnológico y de establecimiento de curvas de costo de material bioenergético.

8 Executive Summary This study is being developed as part of the implementation of the Project Uso de los residuos agrícolas orgánicos como fuente de energía: aprovechamiento de recursos y reducción de gases de efecto invernadero, that looks at the use of agricultural organic residues as an Energy Source and Climate Change Mitigation in Costa Rica; the Project is implemented through Ministerio de Agricultura y Ganadería de Costa Rica and Fundación FITTACORI, under the specific covenance CV Costa Rica is advancing efforts towards achieving a low carbon development. As part of such effort, the evaluation of the potential that the agriculture sector has in looking for new sources of energy is of importance. This short study aims at assessing the characteristics, availability and potential use of agricultural residues as an energy source. The boundaries of the assessment relate to the National level, considering residues relevant to agricultural sub sectors, including agricultural, animal production and sawmill operations in the country; and it is based on the consultation of secondary sources of information as well as different tiers of interview processes with specific stakeholders in the country. Consideration is given to the following activities and types of residues: Coffee: pulp, husk and mucilage; Sugar cane: bagasse, retort, molasses and green residues; Pineapple: crown and field residues; Rice: husk; Orange Citrus: peels; Banana: field residues, rejects; African palm: fibers and center nuts; Sawmills: sawdust, different types of rejects and bark; Meat, dairy, chicken and pig production: excreta. Results are presented for the year 2012 for wet biomass, dry biomass and primary Energy on as dry basis. For 2012, total wet biomass is in the order of 27 million tons, with a participation of 52.7 % from agriculture and sawmills sectors while meat production accounted for 44.6%. The total primary energy associated is on the order of TJ.

9 Results are presented detailing different estimations developed on a per hectare ratio, in order to assist decision makers in the country in assessing landscape issues normally required when considering different feedstock s from biomass for bioenergy conversion routes. Information is also presented on a per RAO basis in order to assess ratios between residues for each single commodity. By using statistical approximations to available data for periods ranging from , extrapolation is done on the future availability of the different types of residues studied, taking into account recent and expected (as per opinion of experts), resulting on an overall expectative of up to 9.9% growth on residues over the period to 2016, compared to the estimated 2012 values. Some specific sectors may show a decrease in the expected outputs in the period, such as the case of coffee and others.

10 Energía Primaria (TJ) Determination has been done on the specific residue characterization of the coffee sector per production regions, taking into account that the Project has taken the decisión of targetting residue assessment as well as conversion path development due to the significant importance on economic and social contributions, and also due to the fact that the Costa Rican coffee sector is spearheading a nationally appropriate mitigation action on sustainable practices and climate mitigation. 250,0 223,5 200,0 161,0 150,0 122,2 129,5 Pulpa 100,0 50,0 72,1 39,4 27,0 83,8 96,7 52,9 36,3 58,4 31,9 21,9 70,8 48,6 88,0 60,4 15,5 8,55,8 Cascarilla Mucilago 0,0 Coto Brus Los Santos Perez Zeledón Turrialba Valle Central Valle Zona Norte Occidental Some important conclusions are: It has been possible to approximate the estimation of potential base of residues for the targeted sectors in Costa Rica. The available information is solid and can assist decision makers in properly developing future paths for considering development of bioenergy conversion schemes in the country. It is necessary to continue the work on evaluation of biomass resources for example in areas such as availability assessments, including land access and future development. Several crops within the considered sectors may have important biomass available from the above ground residues at points of re-seedling, therefore further consideration should be given to those in due course of the assessment o f biomass in the country. Biomass energy as per the theoretical primary energy accounting done, shows a promising potential to add up energy to the Costa Rican energy system; further evaluations need to be established as to reach evaluation of the economical and practical targets for such contribution to be achieved.

11 Reconocimientos Se agradece la colaboración del Sr. Roberto Azofeifa, quien apoyó las gestiones administrativas de este trabajo, así como el establecimiento de enlaces de comunicación con especialistas sectoriales entrevistados, manteniendo un alto nivel de compromiso y apoyo con el avance de realización de este estudio. Se agradece al Equipo Local del Proyecto (ELP), que a lo largo y a través de las distintas reuniones de presentación de resultados intermedios y finales brindó retroalimentación y comentario. Se agradece a cada una de las Instituciones, Cámaras Sectoriales y Empresas que aportaron su información y vasto conocimiento de cada uno de sus sectores, entre ellos: Ministerio de Agricultura y Ganadería, ICAFE, LAICA, CONARROZ, CORBANA, PALMA TICA, CANAVI, CORFOGA, Cámara Nacional de Productores de Leche, Dos Pinos, CoopeDota, CoopeTarrazú, EMA, Del Monte, INSESA, GIZ, UNA-Medicina Veterinaria. Se agradece la colaboración prestada por el Sr. Juan Pablo Rojas Sossa, quien contribuyó en la gestión de información y procesamiento de datos para estimaciones realizadas en este Informe.

12 1. Introducción Costa Rica realiza importantes esfuerzos para avanzar hacia el desarrollo bajo en emisiones. Como parte de dichos esfuerzos, se hace necesario valorar el potencial que tiene el sector agropecuario en la búsqueda de fuentes alternativas de energía limpia. Concretamente, se trata de explorar en este estudio corto la disponibilidad y utilización de los residuos agrícolas orgánicos (RAO), como opciones que contribuyan a sustituir fuentes convencionales de energía, principalmente hidrocarburos importados, por fuentes biomásicas nacionales; además, de contribuir a reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero y a mejorar la eficiencia energética y económica de los procesos productivos. El presente estudio se desarrolla en el marco de ejecución del Proyecto Uso de los residuos agrícolas orgánicos como fuente de energía: aprovechamiento de recursos y reducción de gases de efecto invernadero, desarrollado mediante alianza entre el Ministerio de Agricultura y Ganadería de Costa Rica y la Fundación FITTACORI, bajo el convenio específico CV El estudio en cuestión se realizó a través de una consultoría de corto plazo realizada por un periodo de 6 semanas entre agosto y septiembre del año Como punto de partida del proyecto descrito, se desarrolla un Estudio Base actualizado, que incluye datos estadísticos y descriptivos de la generación de los RAO, la gestión de su aprovechamiento actual y su potencial como fuente alternativa de energía en un futuro próximo en el país. El estudio se construye de acuerdo a los Términos de Referencia del mismo para las siguientes actividades productivas en Costa Rica: café, caña de azúcar, piña, arroz, cítricos, maderable (aserraderos), pecuario (avícola, cerdos, ganado carne, ganado de leche), banano y palma africana. El objetivo superior propuesto a este estudio ha sido el de realizar una valoración de la situación actual en cuanto a la generación de residuos agrícolas orgánicos en Costa Rica y su disponibilidad como potenciales fuentes de energía sustitutiva para contribuir con la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en el sector agropecuario. El estudio presentado incluye entre otros los siguientes elementos: 1. Estudio de la información actualizada, con datos estadísticos y descriptivos de la generación de RAO; 2. Matriz de la situación actual y potencial (para los próximos 5 años) en la que se muestre la cuantificación de RAO y las tecnologías asociadas para su utilización en cada una de las actividades productivas que incluye el estudio; Los objetivos previstos para el estudio se alcanzan a través de la implantación de las siguientes actividades realizadas: Estudio de información actualizada, con datos estadísticos y descriptivos de la generación de residuos agrícolas orgánicos (RAO) en los siguientes sectores: café, caña de azúcar, piña, arroz, cítricos, maderables (aserraderos), pecuario (avícola, cerdos, ganado de carne, ganado de leche), banano y palma aceitera. a. Determinación y consecución de fuentes secundarias de información relativas a producciones agregadas a nivel nacional de cada uno de los sectores considerados tanto al año más reciente así como a años que permitan extrapolar tendencias de dichas producciones. 1

13 b. Revisión y adecuación de criterios de conversión de producciones nacionales a indicadores de generación de RAO para cada tipo de residuo identificado con el objeto de producir estimaciones al nivel nacional. c. Revisión de criterios de conversión de indicadores de generación de RAO en cada sector a equivalentes energéticos expresados en Tera Julios (TJ) adecuados para expresar el potencial estimado al nivel nacional. d. Prepararación de tabulaciones adecuadas en formato Excel. e. Realización de estimaciones de energía en RAO y generación de tendencia de generación de RAO y sus equivalentes energéticos a un plazo de 5 años. Desarrollo de matrices de la situación actual y potencial (para los próximos 5 años) en la cual se muestre la cuantificación de RAO y las tecnologías asociadas para su utilización en cada una de las actividades productivas incluidas. a. Entrevistas a especialistas nacionales de cada uno de los sectores productivos considerados, según lista a ser suministrada por el ELP (a más tardar de 3 días de iniciado el periodo de ejecución del contrato) con el objeto de apuntar tendencias y consideraciones de contexto sobre la generación de RAO en cada sector y desarrollos recientes o tendencias en su utilización, incluyendo la energética. Se preparará un instrumento de 3-4 preguntas clave a ser presentadas a los entrevistados para capturar sus experiencias y valoraciones. b. Entrevistas a especialistas de empresas regionales o locales (que el consultor considere adecuados para retroalimentar las informaciones de contexto y tendencia). c. Identificación de la situación actual de usos energéticos de los RAO y sus tecnologías de conversión bio-energética, sistematizando sendas de conversión energética existentes. d. Identificación prospectiva de posibles nuevas sendas de conversión cualitativas aplicables a los RAO en el escenario prospectivo de 5 años, considerando tendencias y disponibilidades así como curvas de madurez tecnológica de diferentes tecnologías en el plano internacional y nacional. e. Matrices de situación actual y futura; y tecnologías asociadas. 2. Enfoques Metodológicos Utilizados 2.1. Conceptos Generales La biomasa es material que ha almacenado luz a través de procesos fotosintéticos 1. Dependiendo del tipo de material, esta energía puede ser almacenada como azúcares, almidones, o como compuestos estructurales más complejos como son la celulosa, la hemicelulosa y la lignina (colectivamente llamados lignocelulosa). La biomasa tiene características muy únicas como fuente de energía renovable debido a que puede ser convertida a bases de combustibles y químicos así como para la generación eléctrica. 1 Wright, L.; Boundy, B.; Perlack, R.; Davis, S.; Saulsbury, B. (2006, September). Biomass Energy Data Book, Ed. 1. ORNL/TM 2006/571. Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory. 2

14 Algunas definiciones 2 importantes a este trabajo en el contexto de la biomasa son: Biomasa se refiere a cualquier material orgánico derivada de plantas o animales disponible en una forma renovable. La biomasa incluye la madera, cultivos agrícolas, cultivos herbáceos o maderables, residuos orgánicos municipales, excretas. Bioenergía es energía derivada de procesos de conversión de la biomasa, adonde la biomasa puede ser usada directamente como combustible o procesada hacía líquidos o gases. Uso Tradicional de la Biomasa se refiere al uso de leña, carbón, residuos agrícolas y excretas animales para cocción y calentamiento en sectores residenciales, con niveles de conversión generalmente muy bajos y generalmente dependiendo de manejos no sostenibles de la biomasa. Energía Primaria de la Biomasa se refiere al contenido de energía de los recursos de biomasa antes de procesos de conversión. Consumo Final de Bioenergía se refiere al uso de biomasa en diferentes sectores de uso final. Bioenergía Útil se refiere a generación neta de energía (por ejemplo, electricidad, calor de proceso), excluyendo pérdidas transformacionales. Generalmente es aceptado, Figura 1, que la valoración de distintos potenciales 3 partir de la biomasa o de cualquier otra fuente energética incluya: a El potencial teórico primario, que generalmente está basado en consideraciones netamente físicas como por ejemplo la cantidad de materia seca presente en un recurso así como el poder calórico superior del RAO considerado. El potencial técnico, que es aquel expresado a partir de descontar debido a algunos criterios técnicos como puede ser la eficiencia de conversión de distintas sendas de conversión energética que llevan a acarreadores energéticos de uso final. Generalmente en este potencial técnico se toma en cuenta la viabilidad netamente técnica de realizar una transformación de un RAO específico a través de alguna de las muchas sendas tecnológicas abiertas a la conversión de la biomasa en energía útil. El potencial económico que considera relevante la valoración de viabilidad económica comparativa entre fuentes de distintas tecnologías viables técnicamente. Actualmente un indicador generalmente usado para este tipo de valoración es el costo nivelado de energía, por ejemplo aplicado a calor de proceso, generación eléctrica, etc. Como resultado de estos procesos secuenciales es entonces posible realizar la valoración de un potencial aceptado para la contribución de una determinada fuente energética. 2 IEA (2012a), Technology Roadmap Bioenergy for Heat and Power disponible en 3 IRENA. Biomass Potential for Africa Disponible en DBFZ_Biomass%20Potential%20in%20Africa.pdf 3

15 Potencial teórico primario: basado en valoración física Potencial técnico: reducción por eficiencias de conversión Potencial económico comparado Potencial aceptado Figura 1. Conceptos principales de determinación de potenciales energéticos a partir de residuos de la biomasa La valoración realizada en este estudio sobre RAO en Costa Rica se circunscribe a las dimensiones del denominado análisis de potencial teórico con la inclusión de algunos elementos de procesos de conversión tecnológica pero basada en tendencias internacionales y no en el detalle del acoplamiento de un RAO determinado con respecto a sendas de conversión específica. Por tanto el análisis realizado cae dentro de valoración de potenciales teóricos de contribución energética de la biomasa y puede ser usado a nivel general para contribuir a generar entendimiento así como direccionar discusiones y aportes para el desarrollo de estrategias en torno al uso potencial de la bioenergía en el país a nivel general o de distintos sectores específicos. El trabajo realizado es caracterizado de la siguiente manera: a. Límites: alcance nacional a territorio de Costa Rica. b. Fuentes de residuos: Sector Agrícola tanto en explotación de campo y plantas de procesamiento, Sector Producción Animal en pasturas así como confinamiento, y Sector Aserraderos. c. Cuantificación: basada en informaciones secundarias y procesos de consulta a especialistas sectoriales. El estudio toma en cuenta los siguientes sectores de interés y residuos agrícolas orgánicos: 13. Café: pulpa, cascarilla, mucílago. 14. Caña de azúcar: bagazo, cachaza, melaza, residuos de campo. 15. Piña: rastrojo, corona. 16. Arroz: granza. 17. Cítricos: cáscaras. 18. Banano: pinzote, banano rechazo. 19. Palma Africana: coquito, fibra mesocarpio, fibra pinzote. 20. Aserraderos: aserrín, burucha, leña, otros. 21. Avícola: excreta 22. Porcino: excreta. 23. Leche: excreta 24. Ganado de Carne: excreta. Las fuentes de información sobre producciones históricas de los distintos sectores de interés que son el punto de partida de este estudio son aquellas disponibles en el Boletín Estadístico del Sector Agropecuario N 23, que está disponible en el sitio 4

16 En general para este trabajo las bases de datos históricos de datos contienen las informaciones de producción por sector para el periodo de años comprendidos entre el 2000 y el En algunos sectores, principalmente pecuarios se ha recurrido a datos provenientes de las cámaras de representación sectorial así como también a cotejar datos con las bases de la FAO disponibles en El Anexo 1 de este trabajo incluye las matrices específicas de datos de origen utilizados para esta investigación, así como las citas relevantes de dichas informaciones utilizadas. 3. Contexto Nacional Relevante 3.1. Sector Agroalimentario De acuerdo a lo expresado por el Ministerio de Agricultura y Ganadería de Costa Rica 4, en el 2012, el aporte de este sector considera no solo la agricultura primaria (agrícola, pecuario, pesca y acuicultura) sino, también, la agroindustria alcanzando un aporte de un 14 por ciento en el PIB, como sector agroalimentario. La producción primaria agropecuaria en el año 2012 aportó un 8,8 por ciento al PIB, manteniéndose en el quinto lugar y presentó un repunte en el crecimiento del orden del 3,5 por ciento con respecto al 2011, que alcanzó un 0,5 por ciento. En términos del aporte de los diferentes subsectores al valor agregado agropecuario en el año 2012, sobresale el agrícola que contribuyó con un 76,1 por ciento, seguido del pecuario con una participación del 18,6 por ciento, la madera y pesca que aportaron un 2,3 por ciento cada uno y las mejoras agrícolas con un aporte del 0,8 por ciento. En relación a áreas sembradas y producciones nacionales 5 de cada uno de las actividades agrícolas de interés a este estudio se tiene que en el 2012: Café: ha Tm Caña de Azúcar: ha Tm Palma Africana: ha Tm Naranja: ha Tm Banano: ha Tm Piña: ha Tm Arroz: ha Tm 3.2. Sector Energía Los principales indicadores energéticos del país de acuerdo a OLADE al son: OLADE: 5

17 Tabla 2. Indicadores Energía de Costa Rica 2012 Población 4,7 millones habitantes Producto Interno Bruto US$ Consumo Energético bep Consumo Eléctricidad 9,67 TWh PIB/cápita S$/habitante Consumo Energético/cápita 5,86 bep/habitante (compara con 7,38 bep/habitante a nivel regional latinoamericano) Intensidad Energética 1,07 bep/ US$ (compara con 1,29 bep/ US$ a nivel latinoamericano Consumo Eléctrico/cápita KWh/cápita Los principales indicadores del sector eléctrico del país de acuerdo a CEPAL al son: Tabla 3. Indicadores Sector Eléctrico de Costa Rica 2012 Potencia Instalada 2.723,2 MW Demanda Máxima MW Generación Eléctrica Neta GWh Factor de Carga del sistema 72,3 % La composición de la matriz del sector eléctrico es: Tabla 4. Composición de la Matriz del Sector Eléctrico de Costa Rica 2012 Tipo de fuente Potencia Instalada (MW) Energía Generada (GWh) Hidro 1.700, ,2 Geotermia 217, ,6 Eólico 148,1 528,4 Cogeneración 40,0 81,6 Biogás 3,7 - Diesel 268,6 793,1 Turbina Gas 344,0 37,2 En el 2011, de acuerdo al Balance Energético Nacional de Costa Rica 8, la producción de energía primaria fue de TJ y se originó en su totalidad de fuentes renovables. La Figura 2 presenta la producción para cada una de las fuentes de energía primaria durante ese año, así como su evolución desde el Molina Soto Arturo. Balance Energético Nacional de Costa Rica Dirección Sectorial de Energía, Ministerio de Ambiente y Energía, Publicación DSE 123. Diciembre Costa Rica. 6

18 Figura 2. Costa Rica: Evolución y estructura de la producción de energía primaria por fuente para el periodo (DSE, 2012)) Las energías primarias más importantes producidas en el país fueron: la hidráulica (36,625 TJ) que representó un 28,8%, la geotérmica ( TJ) un 44,7% y la leña ( TJ) con un 13,5%. Los residuos vegetales (bagazo, cascarilla de café y otros) en su conjunto produjeron TJ que representaron el 11,9% de la producción de la energía primaria; mientras que otras fuentes minoritarias fueron energía eólica (1.492 TJ), biogás (7 TJ) y energía solar (2 TJ), que en su conjunto constituyeron el 1,2%. La Figura 3 presenta la estructura y evolución de consumo final total de energía por fuente en el país, en donde se nota que la biomasa ha representado en el 2011 cerca del 9,4% del consumo de energía comercial y un 19% del consumo total en el país. Figura 3. Costa Rica: Evolución y estructuras del consumo final total de energía por fuente para el periodo (DSE, 2012)) 4. Caracterización de los Residuos Agrícolas Orgánicos (RAO) La Tabla 1 incluye la caracterización dada a los distintos RAOs identificados de interés primario a este estudio y en la misma se puede ver además la distribución por sector 7

19 agropecuario correspondiente. De tal manera hay algunos sectores, por ejemplo café/caña de azúcar/palma africana, etc.; que tienen distintos posibles RAOs considerados en el estudio. Por el contrario los sectores pecuarios generalmente solo tienen un RAO identificado como lo es su respectiva excreta animal. El Anexo 2 del trabajo presenta las referencias de fuentes secundarias sobre las cuales se basó la caracterización de RAOs para este estudio. Es conveniente mencionar de que algunos recursos biomásicos de vocación energética como son aquellas aguas residuales generadas de los procesos de extracción o procesamiento con fines productivos no son considerados en este estudio de acuerdo a lo expresado en los Términos de Referencia del mismo, y entre ellos pueden tenerse las aguas mieles residuales del beneficiado de café, las vinazas de caña de azúcar, los efluentes de plantas de proceso de palma africana. Es conveniente mencionar que este estudio se centra en las unidades de producción primaria, y por ejemplo en los sectores pecuarios no se da consideración a los subproductos generados por ejemplo de mataderos o rastros de destace de carnes vacunas, avícolas o porcinas; los cuales pudiesen tener vocaciones de conversión energética. Tabla 1. Características de los Residuos Agrícolas Orgánicos (RAO) considerados en el estudio Sectores Agrícolas Residuos Agrícolas/Pecuarios Orgánicos (RAO) Contenido Humedad (%) Balance Masa (t de RAO / t producción sector) Poder Calórico Superior (MJ/kg) Pulpa de café 81,0% 0,416 15,88 Café Cascarilla de café 11,0% 0,043 17,93 Mucílago de café 81,0% 0,156 15,88 Arroz Granza de arroz 15,0% 0,210 15,43 Caña de Azúcar Palma Africana Piña Banano Bagazo de caña de azúcar 50,0% 0,250 17,50 Cachaza de caña de azúcar 73,6% 0,300 16,00 Melaza de caña de azúcar 50,0% 0,350 9,74 Residuos de Campo de Caña 70,0% 0,232 17,43 Fibra de Mesocarpio de palma africana 37,0% 0,130 19,43 Cascarilla de Coquito de palma africana 17,0% 0,050 22,94 Fibra de Pinzote de palma africana 55,0% 0,220 18,62 Rastrojo de piña 90,0% 3,290 11,60 Corona de piña 78,5% 0,003 11,60 Pinzote de Banano 85,0% 0,094 11,60 Banano Rechazo 85,0% 0,114 11,60 8

20 Sectores Agrícolas Residuos Agrícolas/Pecuarios Orgánicos (RAO) Contenido Humedad (%) Balance Masa (t de RAO / t producción sector) Poder Calórico Superior (MJ/kg) Cítricos Semillas, Cascaras y Pulpas de Naranja 85,0% 0,500 16,55 Aserraderos Sectores Pecuarios Aserrín 32,0% 0,103 18,50 Leña de aserraderos 50,0% 0,189 18,50 Otros residuos de aserradero 55,0% 0,111 18,50 Burucha de aserradero 32,5% 0,008 18,50 RAO Pecuario Contenido Balance Masa (t Poder Humedad materia seca / Calórico (BH) (%) animal /año 9 ) Superior (MJ/kg) Porcino Excreta Porcina 85,0% 0,094 13,79 Avícola Excreta Avícola (Gallinaza) 36,0% 0,004 15,95 Leche Excreta Bovina Lechera 80,0% 1,773 15,62 Carne Excreta Bovina Ganadera 80,0% 1,168 15,62 El factor de balance de masa representa un valor de generación del residuo por unidad de producción generada en el sector y corresponde a lo que internacionalmente se conoce en este tipo de balances como factor de generación de residuos (FGR). Como se mencionó antes, el lector debe referirse al Anexo 2 que presenta las referencias de fuentes secundarias empleadas así como al Anexo 3 que presenta memorias de cálculo empleadas en el caso de los sectores pecuarios y de aserraderos, para los cuales se toman en cuenta estructuras de hatos y composiciones de proceso que son específicas y por tanto los FGR son específicos y su uso solo se debe hacer en el contexto del enfoque metodológico empleado en este estudio. 5. Estimaciones de Biomasa Húmeda, Biomasa Seca y Energía Primaria para distintos RAO en Costa Rica para el Año Estimaciones de Biomasa Húmeda, Seca y Energía Primaria por Sector Agrícola en el 2012 Los procesos de estimación empleados en el estudio conllevan detalladas consideraciones de procesamiento de información. 9 Se hace notar que este indicador es generado a partir de la consideración de composición de los hatos respectivos y representa un valor de excretas entre población total de animales pero no es generalizable para otros usos fuera de este estudio pues incluye aspectos de especificidades por tipo de población, pesos vivos ideales, porcentajes de excreta por tipo de animal, etc. 9

21 En general, las estimaciones derivan de una secuencia sencilla que contiene los siguientes elementos: estimación de biomasa húmeda de cada RAO en cada sector específico para lo cual es necesario manipular datos de cuanto representa en masa húmeda cada RAO respecto de un valor de producción total anual o por hectárea (en este estudio el enfoque se realiza sobre el primer indicador). Posteriormente y tomando en cuenta el contenido de humedad en el RAO, es posible determinar la biomasa seca potencialmente disponible en cada RAO. En función del poder calórico superior 10 del RAO es entonces posible realizar la estimación de la energía primaria potencial disponible en dicha masa seca por RAO; lo que es consistente con los procedimientos normalmente empleados en la realización de balances de energía a niveles país o regionales dentro de límites geográficos específicos. En detalle, las estimaciones para cada sector pueden presentar particularidades especiales, las cuales son referenciadas en el Anexo 3 de este documento, que se convierte en una guía de la memoria de cálculo utilizada en este estudio. De tal manera se presentan en el Anexo 3 los enfoques empleados para realizar estimaciones en los componentes de RAO agrícolas, aquellos del sector de aserraderos y los respectivos 4 sectores pecuarios considerados. La Tabla 5 presenta los resultados obtenidos de las estimaciones realizadas para biomasa húmeda, biomasa seca y energía primaria potencial disponible en los distintos sectores considerados. Tabla 5. Estimaciones de biomasa húmeda/seca y energía primaria por tipo de sector para Costa Rica (2012) Sector Producción (t) Biomasa Húmeda (t) Biomasa Seca (t) Energía Primaria (TJ) Agrícola y Forestal Sector Pecuario Caña ,7 Piña ,2 Palma ,3 Aserraderos ,7 Café ,9 Banano ,3 Arroz ,2 Naranja ,6 Sub total ,8 Número de Biomasa Biomasa Energía Animales Húmeda (TM) Seca (TM) Primaria (TJ) G. Lechero ,8 G. Carne ,8 Avícola ,1 G. Porcino ,4 10 Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una unidad de volumen de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión está condensado y se contabiliza, por consiguiente, el calor desprendido en este cambio de fase. 10

22 Sector Producción (t) Biomasa Húmeda (t) Biomasa Seca (t) Energía Primaria (TJ) Sub total ,2 Total ,0 Se puede notar de que del total de biomasa húmeda de cerca de 27 millones de toneladas, los sectores agrícola y de aserraderos representan cerca del 52% mientras que los sectores pecuarios representan un 47,13%. Mientras tanto en biomasa seca los sectores agrícolas y forestales representan cerca de un 55% mientras que los sectores pecuarios representan un 44,6%. A nivel del total de energía primaria potencial los sectores agrícolas y aserraderos concentran un 54% del total de esa energía. Debe aclararse que la energía potencial puede no estar disponible a procesos de conversión de energía debido a diversos tipos de factores como son niveles de recuperación posibles, entre otros, tema que será discutido en una sección posterior de este trabajo. Un ejemplo claro de esta no disponibilidad podría ser la excreta de ganado de carne que se encuentra en condiciones de producción en sistemas de ganadería extensiva en campos y otro por ejemplo podría ser la limitación de recuperación de residuos de campo en alguna producción agrícola debida a condiciones de transporte o de acceso a terrenos. Tomando en cuenta que este trabajo se concentra en la determinación de potenciales energéticos más teóricos, se trabaja en general con los valores de biomasa seca y por lo tanto las acotaciones sectoriales de potencial se hacen en esta base de estimación. La biomasa húmeda deberá ser de mucha utilidad en relación a valoraciones de tipo tecnológico específico en el país que se desarrollen como parte de trabajos subsiguientes a este. La Figura 4 presenta para los sectores agrícolas y de aserraderos las relaciones entre biomasa seca y energía primaria potencial contenida a nivel sectorial (es decir considerando e integrando los RAO específicos considerados de cada sector). Las contribuciones de los tres primeros en orden de importancia, que corresponden a los sectores de caña de azúcar, piña y palma africana representan cerca del 84% de la energía primaria de dichos sectores. Se puede decir que en este porcentaje aparece una buena proporción de RAO que ya tienen un destino energético en el país como son el bagazo y los RAO de la palma africana, pero por otro lado aparecen un potencial importante localizado en los residuos de campo de la piña. 11

23 Biomasa Seca (TM) Energía Primaria (TJ) Biomasa Seca (TM) Energía Primaria (TJ) , , , , , ,0 0,0 Biomasa Seca 2012 (TM) Figura 4. Relaciones de biomasa seca y energía primaria para sectores agrícolas en Costa Rica (2012) La Figura 5 presenta resultados sobre la tendencia observada en el 2012 para biomasa seca y energía primaria en el sector pecuario del país, adonde es claro la alta participación de la biomasa de ganados lecheros y vacunos del país, seguidos de la biomasa seca de los sectores avícolas y porcinos. El posible uso de la biomasa de los RAOs de excretas está fuertemente ligada al grado de confinamiento que pueda tenerse en cada uno de los sectores pecuarios y se debe tener en cuenta este factor posteriormente a la hora de poder valorar efectivamente estas contribuciones energéticas, siendo los sectores de mayor confinamiento, el avícola, porcino y una proporción del ganado lechero (por el tiempo de permanencia de animales en corrales de ordeño) , , , , ,0 0,0 G. Lechero G. Carne Avícola G. Porcino Biomasa Seca (t) Energía Primaria (TJ) Figura 5. Relaciones de biomasa seca y energía primaria para sectores pecuarios en Costa Rica (2012) 12

24 Tomando en cuenta de que existe información en las bases de datos de Info Agro sobre producción agrícola así como de área de producción, se presentan en la Tabla 6, resultados relativos a biomasa húmeda, seca y energía por unidad de área cultivada para los sectores agrícolas considerados. La información es útil para apoyar la discusión relativa a densidades de cada una de las materias de RAO por sector, así como para determinar niveles de relevancia de algunos cultivos con mayores densidades de biomasa seca y de energía por unidad de área en el país. Esto es útil y generalmente empleado por tomadores de decisión en la planificación espacial de los sistemas de uso del suelo y puede ser necesario de considerar para acercar la integración de políticas de apoyo al uso de la bioenergía en el país. Se debe aclarar que la estimación realizada solamente considera aquella biomasa de los RAO respectivos y no considera ningún tipo de inventarios de residuos en pie como son aquellos de rotaciones de árboles o plantas en ciclos de producción. Una aplicación de este tipo de enfoque en la planificación integrada de uso de residuos puede ser la valoración de RAOs desde la perspectiva de prácticas actuales sostenibles y no sostenibles de su manejo; y la necesidad de plantear opciones incluidas las energéticas para poder transformar situaciones observadas en el paisaje del país. Tabla 6. Relaciones de biomasa húmeda, seca y energía primaria por área cultivada de cada sector agrícola en Costa Rica (2012) Sector Área (ha) Biomasa Húmeda (t) Biomasa Seca (t) Energía Primaria (TJ) Biomasa Húmeda / Área (t/ha) Biomasa Seca / Área (t/ha) Energía Primaria / Área (TJ/ha) Caña de Azúcar ,9 27,85 0,39 Piña ,4 19,46 0,23 Palma Aceitera ,0 3,89 0,08 Banano ,8 1,47 0,02 Café ,3 1,03 0,02 Cítricos ,7 1,00 0,02 Arroz ,6 0,50 0,01 Las Figuras 6 y 7 hacen una representación gráfica de lo observado en la tabla anterior, contribuyendo al entendimiento comparativo de las aportaciones de energía primaria potencial disponible en RAO desde la perspectiva espacial de indicadores de área cultivada en el país. 13

25 Toneladas BS/Hectárea Toneladas BH/Hectárea Tonealadas BS/Hectárea 250,0 200,0 30,00 25,00 150,0 100,0 20,00 15,00 10,00 50,0 5,00 0,0 Caña de Azucar Piña Palma Banano Café Cítricos Arroz Aceitera 0,00 Biomasa Húmeda / Área (t/ha) Biomasa Seca / Área (t/ha) Figura 6. Comparación de indicadores de relación entre biomasa húmeda y seca por área para sectores agrícolas en Costa Rica (2012) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Biomasa Seca / Área (t/ha) Energía Primaria / Área (TJ/ha) Figura 7. Comparación de indicadores de biomasa seca y energía primaria por área de cultivo para Costa Rica (2012) Se debe hacer notar al lector de este trabajo la diferencia en escalas referentes a los ejes respectivos de biomasa húmeda y biomasa seca en las Figuras 6 y 7 respectivamente Estimaciones de Biomasa Húmeda, Biomasa Seca y Energía Primaria por Tipo Específico de RAO para el 2012 Se presentan a continuación los resultados de estimaciones y sus comparaciones por tipo de RAO específico en el país para el Esta información, obviamente ha 14

26 servido para lograr la agregación sectorial indicada en la sección anterior de este trabajo; pero se presenta por separado para lograr tener una mejor claridad de la relevancia de cada tipo de RAO considerado. La Tabla 7 presenta la información detallada de las estimaciones de biomasa húmeda, seca y de energía contenida por tipo de RAO específico para el La lectura de esta tabla se puede complementar con la de la Figura 8, en la cual aparecen en orden decreciente de importancia la biomasa seca y la energía primaria contenida en los RAO considerados. Tabla 7. Estimaciones de biomasa húmeda y biomasa seca así como energía primaria por tipo específico de RAO en Costa Rica (2012) Sector RAO Biomasa Húmeda (t) Biomasa Seca (t) Energía Primaria (TJ) Agrícola Forestal Pecuario Café Pulpa , ,7 826,3 Cascarilla , ,9 451,7 Mucilago , ,4 309,9 Arroz Granza , ,8 590,2 Caña de Azúcar Palma Africana Bagazo , , ,6 Cachaza , , ,8 Melaza , , ,8 R.Campo , , ,5 Fibra de Mesocarpio , , ,4 Cascarilla de Coquito , , ,5 Fibra de Pinzote , , ,5 Cítricos Residuos de Naranja , ,0 347,6 Piña Banano Aserraderos Rastrojo de Piña , , ,6 Corona 7.454, ,7 18,6 Pinzote de Banano , ,1 316,8 Banano Rechazo (Industria de Alimentos) , ,7 384,2 Aserrín , , ,9 Leña , , ,2 Otros Res. Aserrío , ,7 924,0 Burucha 8.221, ,6 102,7 Ganado Lechero Excreta G. Lechero , , ,8 Ganado de Carne Excreta G. Carne , , ,8 Ganado Avícola Excreta G. Avícola , , ,1 Ganado Porcino Excreta G. Porcino , , ,4 15

27 Biomasa Seca (TM) Energía Primaria (TJ) Se puede notar la importancia de algunos RAO en sectores como caña de azúcar, palma africana que tienen contenidos energéticos muy importantes y que ya están siendo usados energéticamente como son el bagazo y los residuos del coquito de palma y la fibra de mesocarpio de la palma. Aparecen por ejemplo algunos residuos en la caña con altos contenidos potenciales de energía como son la melaza y la cachaza pero que tienen destinos o usos alternativos de mucho interés económico a la industria azucarera. Por otro lado aparece claramente direccionada la relevancia de por ejemplo los residuos de caña así como rastrojos de piña que actualmente no tienen una dirección energética pero que representan una energía potencial importante así como posiblemente presentan retos sobre prácticas de manejo específicas desde puntos de vistas sociales Biomasa Seca 2012 (TM) Energía Primaria 2012 (TJ) Figura 8. Estimaciones de biomasa seca y energía primaria por tipo específico de RAO para sectores agrícolas y de aserraderos en Costa Rica (2012) La pregunta de fondo al realizar una lectura sobre estos potenciales expresados de energía primaria en RAO está direccionada a las expectativas del sector, lo que empuja o hala a un sector para analizar la viabilidad técnica y económica de un uso energético en mayor escala de sus residuos de biomasa; y por otro lado cada sector debe analizar las condiciones de su entorno en relación a disponibilidad real y capacidades de articular consideraciones de uso energético ya sean dentro de sus propias necesidades así como posibles rutas de exportación energética para volverse acarreadores energéticos para otros usuarios finales de la energía en un país como Costa Rica. A continuación se presenta un set de figuras comprendidas entre la Figura 9 y la Figura 14 en las cuales se presenta la situación por RAO específico para cada uno de los sectores que tienen más de un RAO, en forma porcentual sobre la biomasa seca y la energía primaria potencial expresada como porcentaje de la participación de cada RAO por sector. 16

28 Biomasa Seca del Café (t) 26% 20% 54% Pulpa Casarilla Mucilago Energía Primaria del Café (TJ) 28% 20% 52% Pulpa Casarilla Mucilago Figura 9. Distribución de biomasa seca y energía primaria para RAO en el sector café (2012) En relación al sector café, es muy importante notar la importante contribución de la materia seca y energía asociada a la pulpa del café respecto a los otros residuos, sin embargo debido a los altos contenidos de humedad en la materia orgánica, y tomando en cuenta la necesidad de secar o preparar la materia para un proceso de conversión energética, no se puede asociar el potencial con la disponibilidad energética de este residuo. La búsqueda tecnológica en un residuo como la pulpa y su viabilidad dictará eventualmente cuanto de este potencial puede finalmente quedar disponible para usos finales de calor de proceso o de generación eléctrica en el sector. El mucílago está asociado con el manejo de aguas mieles en el sector y su consideración energética deberá darse desde esa perspectiva, aún cuando pudiesen haber usos alternativos como también puede ser el caso de la pulpa del café. 17

29 Biomasa Seca de la Caña (t) 39% 16% 28% 17% Bagazo Cachaza Melaza R.Campo Energía Primaria de la Caña (TJ) 27% 19% 19% 35% Bagazo Cachaza Melaza R.Campo Figura 10. Distribución de biomasa seca y energía primaria para RAO en el sector caña de azúcar (2012) El sector cañero comprende 4 RAO estudiados en el presente estudio, y aún cuando los residuos generalmente asociados a bioenergía son el bagazo y los residuos de campo; la melaza y la cachaza tienen contenidos energéticos potenciales interesantes pero sin embargo tienen destinos alternativos muy claros en el sector en estos momentos. Esto no quiere decir que a nivel internacional no haya actividades interesantes en relación a usos energéticos de dichas melazas y cachazas azucareras en estudio y valoración. Biomasa Seca de la Palma (t) 44% 37% 19% Fibra de Mesocarpio Cascarilla de Coquito Fibra de Pinzote 18