EVALUACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS DE LA CAÑA DE AZÚCAR EN EL PERÚ

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1 EVALUACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS DE LA CAÑA DE AZÚCAR EN EL PERÚ Mario Daniel Marcelo Aldana Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía Waldir Antonio.Bizzo - bizzo@unicamp.br Universidade Estadual de Campinas, Departamento de Ingeniería Mecánica Marcoantonio Víctor Alamo Viera marcoantonio.alamo@posgrado.udep.edu.pe Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía Resumen. El alcance de este trabajo es realizar un análisis de factibilidad para la producción de energía a partir de derivados de la caña en el Perú. Por lo tanto, hace una reseña de la historia, los métodos, el escenario actual y perspectivas de futuro de las plantaciones de caña relacionados con la industria de producción de etanol y la azucarera. Se mostrará el análisis de residuos de cosecha (hojas). El bagazo es un residuo producido después de que el jugo es extraído de la caña de azúcar (proceso de molienda). Hoy en día este residuo se quema en calderas y la energía producida se utiliza para generar vapor. Por otro lado, los residuos de cosecha representan una parte significativa de la energía contenida en la caña de azúcar, pero se dejan en el campo, o peor aún; son quemados después de la cosecha. También se mostrará un valor estimado del potencial de generación de electricidad a partir de residuos de caña de azúcar Palabras clave: Caña de azúcar, Biomasa, Bioenergía, Potencial energético 1. INTRODUCCIÓN El Perú es un país en vías de desarrollo con una población de millones de personas que ha destacado los últimos años en Latinoamérica y el Caribe por tener una tasa de crecimiento económico promedio de 5.9% los últimos años, en un entorno de baja inflación (2.9% en promedio) (GRUPO BANCO MUNDIAL, 2016). El progreso económico del Perú supone el desarrollo del sector energético como base; sin embargo, algunos indicios sugieren que la producción energética no crece al ritmo que requiere la economía. Información proporcionada por el proyecto Energía, Desarrollo y Vida" realizado por EnDev (Energising Development) nos revela que aún existen 3 millones de peruanos que carecen de energía eléctrica y gastan en servicios de energía de baja calidad. A parte de eso se prevé un desabastecimiento eléctrico debido a que la demanda de energía eléctrica aumenta con una tasa media actual de 7%. La demanda actual en el Perú es de MW (año 2015), y no se están poniendo en funcionamiento nuevas centrales eléctricas (Ministerio de Energía y Minas, 2015). Otro punto a resaltar es que el Perú, en temas energéticos, se abastece principalmente de recursos naturales no renovables como el petróleo, que además es altamente contaminante, tanto en su uso como en su producción. Esto se puede apreciar en el gráfico de la figura 1, correspondiente al Balance de Energía primario del cual se extrajo la información que también se presenta en la tabla 1 (Espinoza Zegarra & Bernabel Badillo, 2016): Tabla 1. Producción de Energía Primaria FUENTE VAR. (%) Energía Comercial (TJ) Gas Natural + LGN (*) Petróleo Crudo Hidroenergía Carbón Mineral Subtotal Energía No Comercial (TJ) Leña Bagazo Bosta & Yareta Energía Solar (**) Subtotal TOTAL (*) Líquido de Gas Natural Producción fiscalizada; (**) Estimado Fuente: Balance Nacional de Energía 2014 (Espinoza Zegarra & Bernabel Badillo, 2016).

2 ESTRUCTURA DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA: % 9.2% 2.0% 7.5% 0.7% 0.1% 13.5% 66.4% Gas Natural + LGN (*) Petróleo Crudo Hidroenergía Carbon Mineral Leña Bagazo Bosta & Yareta Energía Solar (**) Figura 1. Gráfico correspondiente a la producción de energía primaria Fuente: Elaboración propia desde Balance Nacional de Energía 2014 (Espinoza Zegarra & Bernabel Badillo, 2016). En la estructura de producción de energía primaria, los hidrocarburos continúan prevaleciendo como la fuente principal. De la misma manera, la producción de energía comercial (conformada por todas aquellas fuentes de energía susceptibles a ser fácilmente compradas o vendidas en un mercado) representó el 89,7% del total. Tabla 2. Exportaciones e importaciones de Energía Primaria 2014 (TJ). FUENTE IMPORTACIONES EXPORTACIONES SALDO Petróleo Crudo (143578) Carbón Mineral (8080) TOTAL Fuente: DGH 1, SUNAT 2. En la tabla 2 se puede observar que la importación de energía primaria durante el año 2014 fue TJ, de los cuales el petróleo crudo representó el 92% y el carbón mineral, el resto. Por otro lado, durante el mismo año, se vendió al exterior TJ de energía primaria, en lo cual el petróleo crudo tuvo una participación del 82%, mientras que el restante fue del carbón mineral. La oferta interna bruta de energía primaria considera de forma agregada a la producción total, la variación de inventarios y las importaciones; descontando la energía no aprovechada y las exportaciones. Los datos correspondientes se presentan en la tabla 3, y de manera esquemática en el gráfico de la figura 2. Tabla 3. Oferta Interna Bruta de Energía Primaria (TJ). FUENTE VAR. (%) Energía Comercial (TJ) Gas Natural + LGN (*) Petróleo Crudo Hidroenergía Carbón Mineral Subtotal Energía No Comercial (TJ) Leña Bagazo Bosta & Yareta Energía Solar (**) Subtotal TOTAL Fuente: DGH, DGE 3, DGM 4. 1 Dirección General de Hidrocarburos 2 Superintendencia Nacional de Aduanas y de Administración Tributaria 3 Dirección General de Epidemiología 4 Dirección General de Minería

3 OFERTA INTERNA BRUTA DE ENERGÍA PRIMARIA 1.72% 0.62% 0.08% 2.62% 6.51% 7.99% 22.94% 57.52% Gas Natural + LGN (*) Petróleo Crudo Hidroenergía Carbón Mineral Leña Bagazo Bosta & Yareta Energía Solar (**) Figura 2. Gráfico correspondiente a la oferta interna bruta de energía primaria. Fuente: Elaboración propia desde Balance Nacional de Energía 2014 (Espinoza Zegarra & Bernabel Badillo, 2016). Tabla 4. Destino de la Oferta Interna de Energía Primaria (TJ). DESTINO VAR. (%) Centros de Transformación Consumo Directo TOTAL Fuente: DGH, DGE. Tabla 5. Distribución de la Energía Primaria destinada a los centros de transformación (TJ). DESTINO Refinerías Planta de Gas Centrales Eléctricas Hidroenergía Bagazo Carbón Mineral Solar Eólica Coquerías y Altos Hornos 0 0 Carbón Mineral 0 0 Carboneras Leña TOTAL Fuente: DGH, DGE. PARTICIPACIÓN EN LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA 1.09% 48.66% 50.25% Hidroeléctrica Termoeléctrica RER Figura 3. Representación gráfica de la producción anual del Perú en el año Fuente: Elaboración propia desde Resumen Estadístico Anual de COES 2014 (COES Sinac, 2014).

4 En cuanto a la producción de energía eléctrica estamos en una situación un poco similar, aunque la mayoría de la energía es generada por centrales hidráulicas, ésta es casi igualada por la que es de origen térmico y por último con mínimo porcentaje Recursos Energéticos Renovables (RER) no convencionales, que son la energía eólica, solar, biomasa y el biogás. Por ejemplo, la producción de energía eléctrica en el año 2014 fue de ,9 GWh, incrementándose 5.36% con respecto al año En la figura 3 se presenta un gráfico sobre la participación de cada fuente en la producción nacional en porcentajes y en la tabla 6 sus valores correspondientes (COES Sinac, 2014). Tabla 6. Descripción detallada de la Producción Energética Anual de Perú TIPO ENERGÍA(GWh) PARTICIPACIÓN (%) Hidroeléctrica Termoeléctrica RER TOTAL % Fuente: Resumen Estadístico Anual de COES 2014 (COES Sinac, 2014). En este escenario el gobierno y la sociedad deben plantearse de manera planificada y sustentada una estrategia para abastecer la demanda energética derivada del crecimiento económico. Una de las opciones viables es el aprovechamiento racional de la bioenergía. Las ventajas de su uso son más que evidentes, ya que pueden contribuir a bajar los niveles de contaminación y disminuir el agotamiento de los recursos no renovables. 2. ENERGÍAS RENOVABLES EN EL PERÚ Se ha realizado un estudio, en el que se indican qué tipo de energías renovables se pueden desarrollar potencialmente en el país, de las cuáles sólo la energía hidroeléctrica ha tenido un mayor desarrollo. En este trabajo se estudia el potencial que puede tener la generación de energía eléctrica a través de la biomasa y que no se ha tomado en cuenta aún para su desarrollo, ya que no existe una central eléctrica que mediante gasificación de la biomasa permita la generación de energía. Tabla 7. Energías renovables disponibles en el Perú. RECURSO TECNOLOGÍA ELEMENTOS APLICACIÓN SOLAR EÓLICA BIOMASA HIDRÁULICA OCÉANOS GEOTERMIA Fotovoltaica Celdas solares Electricidad Térmica Colectores Calor, electricidad Pasiva Muros, ventana, etc. Calor, iluminación Generación eléctrica Aerogeneradores Electricidad Fuerza motriz Aerobombeo Fuerza motriz Digestión anaerobia Biodigestor Biogás combustible Gasificación Gasificador Gas combustible Pirólisis Pirolizador Combustible Fermentación Destilería Bioetanol Alcohólica Esterificación Unidad de esterificación Biodiesel Combustión Hornos, calderas Calor, electricidad Centrales Pequeñas centrales Electricidad Hidroeléctricas Hidráulica Pequeños aprovechamientos Rueda Fuerza motriz Mareas Barreras, turbinas Electricidad Olas Flotadores, focalizadores Electricidad Diferencias de temperaturas Turbinas condensadores Electricidad Corrientes marinas Electricidad Generación eléctrica Plantas de energía Electricidad Usos directos Aguas termales Calor, recreación, salud Fuente: Resumen Estadístico Anual de COES 2014 (COES Sinac, 2014).

5 2.1. PARTICIPACIÓN DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES EN EL PERÚ (COES SINAC, 2015) A partir del 2008 el Gobierno Peruano emitió el Decreto Legislativo 1002 que promueve la inversión para la generación de electricidad con el uso de Recursos Energéticos Renovables ( RER, en adelante), tales como la energía eólica, solar, geotérmica, mareomotriz, la biomasa y las pequeñas hidroeléctricas. A continuación en la figura 4 se presenta la participación de cada una de las Energías Renovables. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE (RER) % 6.89% 48.62% 31.98% Figura 4. Participación de las energías renovables en la producción de energía eléctrica Fuente: Producción con Recursos Renovables (COES SINAC, 2015). Posteriormente, en la tabla 8 se presentan los valores correspondientes a la producción energética con recursos renovables del SEIN, en el año Tabla 8. Descripción detallada de la Producción Energética Anual de Perú 2014, con energías renovables. TIPO ENERGÍA(GW.h) PARTICIPACIÓN (%) Hidroeléctrica Eólica Termoeléctrica Solar TOTAL % Fuente: Producción con Recursos Renovables (COES SINAC, 2015) 2.2. SUBASTA DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EL PERÚ La Ley de Promoción de la Inversión en Generación de electricidad con el uso de energías renovables (2008), bajo el Decreto Legislativo N 1002, busca fomentar la utilización de los Recursos Energéticos Renovables (RER) con el objetivo de mejorar la calidad de vida de la población sin tener que afectar negativamente al medio ambiente. Esta promoción se basa en la inversión para producción de electricidad. De esta manera, en el marco legal que acoge esta iniciativa, se encuentran en curso la Cuarta Subasta RER para Suministro de Energía al Sistema Eléctrico Interconectado (SEIN) y la Primera Subasta RER para Suministro de Energía a Áreas No conectadas a Red (Instalaciones RER Autónomas), respectivamente. En conclusión, el proceso de concurso abierto al público, solicitado y dirigido por OSINERMIN con la finalidad de poder otorgar Energía al SEIN. Además, este proceso estables que se subastará 1300 GWh de energía total al año y con requerimiento específicos contenidos en las bases. Se requiere también un adicional de 450 GWh anuales de proyectos hidroeléctricos RER nuevos ESTADÍSTICAS RER - SEIN Hidroeléctrica Eólica Termoeléctrica Solar Es posible tener acceso visual a gráficas sobre la producción e ingresos a partir de RER, en el sitio Web de Osinergmin (Osinergmin, 2013), donde se puede indicar las fechas entre las que se desea conocer los indicadores mencionados Las centrales hidroeléctricas, de biomasa y de biogás, son los generadores RER en operación comercial que más destacan, tal como se muestra en la figura 5.

6 Figura 5. Captura de la gráfica de la producción de electricidad RER por Tecnología (MWh) Fuente: Estadísticas RER-SEIN (Osinergmin, 2013). En el panorama que encierra los proyectos de generación de energía a partir de Biomasa, en la primera subasta (1ra convocatoria) solo se han adjudicado dos de ellos: uno a la empresa Paramonga, cuya potencia es de 23 Mw y además tiene una generación de energía anual comprometida de 115 Gwh (tarifa adjudicada de 52 US$/MWh); y el otro proyecto al relleno de Huaycoloro, que registra 4.4 Mw de potencia y una energía anual de 28.3 GWh (tarifa adjudicada de 110 US$/MWh). Asimismo, en la segunda subasta se adjudicó un proyecto más a la central térmica La Gringa, empresa con 3.2 Mw de potencia y que genera Gwh de energía anual (tarifa adjudicada de US$/MWh) (Osinergmin, 2013). No obstante, el Perú posee un potencial interesante no muy bien precisado hasta la fecha, que mayormente corresponde a proyectos de generación a partir de bagazo de caña de azúcar proveniente de las plantas alcoholeras y de los ingenieros azucareros. Actualmente existen 11 ingenios azucareros en el Perú, de los cuales al menos 09 de ellos emplean bagazo en sus plantas de cogeneración (García Bustamante, 2013). 3. POTENCIAL DE BIOMASA EN EL PERÚ Como en muchos países en vías de desarrollo, la leña representa una parte importante en el balance de energía del Perú: más de 20 % de la energía primaria corresponde a leña y bosta. Lo que se hace en el Perú actualmente en este campo es generar energía a través de la quema de leña y bosta: Biomasa para producción de calor. Biodigestores para producción de gas. Biocombustibles. Pero el potencial de la biomasa no se limita a procesos con combustión directa de la biomasa, sino que también se puede obtener energía a través de la gasificación de los residuos de ciertos cultivos, cuyas propiedades como poder calorífico y estructura química, propicien un proceso favorable y desarrollo eficiente de las reacciones químicas que tienen lugar en este proceso. Tabla 9. Cantidad de residuos por cultivo y su energía aprovechable. PRODUCTO RESIDUO (TM) VOLUMEN (%) ENERGIA TEP ENERGÍA (%) Maíz Amarillo 2,779, ,055, Caña de azúcar 1,884, , Broza de algodón 446, , Broza de espárragos 242, , Arroz (pajilla) 1,335, , Arroz (cascarilla) 395, , Viruta 60, , Bagazo (residuo) 3,103, , TOTAL 10,247, ,993, Fuente: Producción con Recursos Renovables (CONSORCIO DE UNIVERSIDADES, 2013).

7 En la tabla 9 se muestra algunos cultivos, cuyos residuos son altamente utilizables para gasificación, debido a su razonable potencial energético y a la cantidad que se genera cada año, la cual se estima que sea alrededor de 10 millones de toneladas métricas en el Perú. Por otro lado, analizando el potencial para proyectos de generación a partir de residuos de caña, específicamente, primero se debe tener en consideración que la costa del Perú, por sus características geográficas y climatológicas inherentes, es altamente favorable para la producción de caña de azúcar. El MINAG (MINAG, 2008) registra un valor promedio de productividad de 110 Ton/(Ha cosechada total), el cual es uno de los índices más altos del mundo, que se posicionan incluso por encima de Brasil y Colombia, países con gran tradición en la producción de caña. Inclusive, se ha registrado productividades que alcanzan los 140 Ton/(Ha cosechada total) en algunos proyectos, lo cual convierte sin duda al Perú en uno de los líderes mundiales en la industria azucarera. No obstante, en consecuencia al cambio que el gobierno militar impuso en el régimen de propiedad de la tierra, en la década del 70 s esta próspera industria se derrumbó inevitablemente por la falta de conocimiento. Pero gracias al progreso de la economía del país en los últimos años, su especial disposición a recibir capitales extranjeros y facilitar el proceso de industrialización, el reflorecimiento de esta industria se ha hecho incuestionablemente visible SITUACIÓN AGRÍCOLA DE LOS CULTIVOS POTENCIALMENTE ENERGÉTICOS Los cultivos, cuyos residuos pueden ser usados potencialmente para la producción de energía, son comunes y de los más cosechados en el país; y todos crecen en la parte costera, por lo que esta zona es potencialmente energética en biomasa residual. A continuación, en las tablas 10 y 11, se presenta la información correspondiente a la producción anual agrícola del Perú de los cultivos con biomasa aprovechable durante el periodo Tabla 10. Hectáreas cosechadas de los cultivos con biomasa aprovechable. SUPERFICIE COSECHADA (ha) Año Algodón Arroz cáscara Caña de azúcar Espárrago Maíz Amarillo Fuente: Base de Datos del Ministerio de Agricultura (Ministerio de Agricultura, s.f.). Tabla 11. Producción anual de los cultivos con biomasa aprovechable. PRODUCCIÓN NACIONAL (t) Año Algodón Arroz cáscara Caña de azúcar Espárrago Maíz Amarillo Fuente: Base de Datos del Ministerio de Agricultura (Ministerio de Agricultura, s.f.). Se puede concluir que la producción nacional de estos cultivos anualmente es estable; por lo tanto, los residuos que se dejan representan una cantidad considerable, tal como se mencionó en el apartado anterior. Queda demostrado entonces que es posible aprovecharlos para la producción de energía y en la tabla 12 se presenta la cantidad de calor que aporta cada kg de residuos de cada cultivo mencionado.

8 Tabla 12. Propiedades de cada cultivo según su residuo. GRUPO DEL PODER CALORÍFICO CULTIVO RESIDUO CULTIVO (MJ/kg) Arroz Pajilla Cereal Trigo Maíz Tallo Cáscara mazorca(tusa) Tallo Cebada Pajilla Semillas Linaza Pajilla Oleaginosas Maní cáscara Caña de Azúcar Horticultura Caña de azúcar Bagazos 20 Parte superior y hojas 20 Plátano Cáscara de plátano 17.4 Coco Fronda 10 Tallo 17.4 Otros Algodón Cáscara 16.7 Fuente: Base de Datos del Ministerio de Agricultura (Ministerio de Agricultura, s.f.) OBTENCIÓN DE BIOMASA A TRAVÉS DE RESIDUOS AGRÍCOLAS El potencial energético de la mayoría de residuos producto de diferentes actividades humanas: residuos sólidos urbanos, residuos de consumo, residuos agropecuarios, agrícolas y forestales, es sin duda, muy significativo. Por esta razón, son objeto de muchas investigaciones que buscan llegar a la manera más eficiente y eco-amigable de aprovechamiento. Se prestará especial atención sobre los residuos agrícolas y forestales que se obtienen de los restos de cultivos o de limpiezas que se hacen en el campo con la finalidad de evitar plagas o incendios. Estos residuos generalmente no tienen la calidad suficiente para utilizarse en otras aplicaciones que no sean las energéticas (ver Tab. 13). Tabla 13. Biomasa generada en actividades forestales y agrícolas. GENERACION DE BIOMASA EN ACTIVIDADES FORESTALES Y AGRÍCOLAS Recurso Proceso regenerador Residuos Destino Tratamientos silvícolas Pies no maderables, Combustibles (entresacas, clareos, podas) Ramas, matorrales Residuos Copas, ramas, Combustibles Cortas de pies maderables Forestales raberón industrias de la madera Residuos agrícolas Podas de cultivos leñosos Restos de cultivos herbáceos Industriales (algodón, tabaco, Oleaginosa) Cereales de invierno (Trigo, cebada) Cereales de primavera (Maíz, sorgo) Restos de podas, Ramas, ramones Plantas verdes, tallos Pajas Tallos, zuros, cascarillas Alimentación animal, Combustibles fertilizantes Alimentación animal, combustibles fertilizantes Alimentación animal, camas de ganado, combustibles Alimentación animal, combustibles Fuente: Portal de Internet del sector medio ambiente e industria (AMBIENTUM, 2015). Estos residuos pueden ser aprovechados en la producción de energía (calor, electricidad o energía motriz) a través de diferentes procesos con aplicaciones variadas. Dependiendo del tipo de proceso, los productos obtenidos pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. El Perú cuenta con gran cantidad de biomasa (figura 6), pero no existe el conocimiento necesario para procesar los residuos limitando la capacidad de aprovechar nuevas formas de obtención de energía. El ministerio de agricultura afirma que existen 2 millones 230 mil unidades agropecuarias generando un 30% del empleo nacional de las cuales según la

9 FAO la agricultura representa más del 80%. Incluso la FAOSTAT señala que el Perú ocupó en el año 2012 el puesto 18 en producción de caña de azúcar a nivel mundial pudiéndose notar que desde el año 2011 al 2014 para ambos cultivos se dan los valores más actos de productividad. El aumento en la producción ambos cultivos es innegable. Esto demuestra no solo lo importante de la agricultura en el aspecto económico sino la gran cantidad de recursos agrícolas que se tienen y por ende los muchos residuos que se generan. Figura 6. Promedio de los productos más producidos entre los años 1961 y Fuente: FOASTAT Por otra parte, en el plan estratégico que presenta el ministerio de agricultura para el sector agrario de la región Piura desde el año 2008 hasta el 2021 se indica que Piura tiene una capacidad de uso agrario (agropecuario y forestal) de km 2 de una superficie total de km 2 cuya distribución en hectáreas se muestra en la tabla 2. Nótese la gran cantidad de área aun no aprovechable que en un futuro favorecerá a la agricultura para mayor cosecha. Tabla 14. Distribución de la tierra en el departamento de Piura. Clasificación Has % Extensión total de tierras Área potencialmente agrícola Área bajo riego Área de posible incorporación Área de secano Bosque de protección Bosque de producción Otros usos Fuente: Dirección regional Agraria. CENARGO 94 La manera como se calcula ese potencial existente para producción de energía eléctrica a partir del aprovechamiento de los residuos de biomasa de la caña de azúcar es utilizando datos típicos: Consumos de energía por unidades de proceso en ingenios, producción de vapor por Tonelada de bagazo, Heat Rate (Medida utilizada en la industria de la energía para calcular la eficiencia de como un generador utiliza la energía térmica) en turbinas de vapor en ingenios, entre otros (García Bustamante, 2013) CÁLCULO DE LOS RESIDUOS DE CAÑA DE AZÚCAR DEJADOS EN EL CAMPO Y ENERGÍA GENERADA Hoy en día existen alrededor de 11 ingenios azucareros que disponen de un total aproximado de Ha de área cosechada. Asimismo, la planta alcoholera del proyecto Caña Brava cuenta con un total de 9400 Ha ubicado en la zona norte de Piura, en donde también vienen operando otras dos plantas de producción de etanol: Maple Etanol, que recientemente ha sido comprada por el Grupo Gloria y COMISA, con un total de Ha adicionales de caña de azúcar. De esta manera, tomando en cuenta las hectáreas cosechadas y las potenciales para la plantación de caña de azúcar, se tiene un total de Ha destinadas a esta actividad. Al considerar el rendimiento promedio de caña de azúcar de kg/ha, se alcanza toneladas de este cultivo. Así, y considerando que los residuos dejados en el campo representan el 14% en peso, se tendrá toneladas de residuos de caña de azúcar por año. Por ello, se asume que se

10 deja un 30% de residuos de caña en el campo, debido a las características ambientales de la costa del Perú, método de riego, entre otros. Entonces queda un 70% realmente aprovechable en la generación de energía por gasificación resultando toneladas. Según Silvestrin (Silvestrin, 2011) una tonelada de hoja de caña de azúcar puede llegar a generar 500kWh, por lo que el Perú para el año 2015 pudo generar aproximadamente MWh de energía disponible a ser utilizada en algún proceso. Por último, la producción de energía eléctrica a nivel nacional para agosto del presente año por bagazo fue de 8.03 GWh, presentando una variación de disminución en 8.2 % respecto a agosto del año Además, el acumulado hasta el mes de agosto del presente año fue de GWh. Tabla 15. Producción de energía eléctrica mensual de agosto 2015 y Fuente: COES SINAC 4. TECNOLOGÍAS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LA BIOMASA Debido al potencial de biomasa que tiene el Perú y la disponibilidad de abundantes materia primas, existe una variedad de procesos para la conversión de biomasa. El utilizar uno u otro tipo de proceso depende de la cantidad y el tipo de biomasa que se usa como materia prima, el medio ambiente y las condiciones económicas entre otros factores. La conversión de biomasa en energía se lleva a cabo principalmente utilizando dos principales tecnologías: termoquímicas y bioquímicas/biológicas. Existe una tercera tecnología llamada Extracción mecánica. Los procesos de conversión térmica se componen de pirólisis, gasificación de biomasa, la combustión y licuefacción Conversión Termoquímica Tres procesos se utilizan para la conversión termoquímica de la biomasa: la combustión, gasificación y pirólisis Combustión Es la quema de biomasa y se utiliza para convertir la energía química almacenada en la biomasa en energía térmica, energía mecánica y también en electricidad por diferentes procesos y dispositivos, por ejemplo: hornos, estufas, turbinas de vapor, calderas, etc. Es posible quemar cualquier tipo de biomasa pero en la práctica de combustión sólo es factible para la biomasa con un contenido de humedad de menos de 50%, a menos que la biomasa haya pasado por un proceso de pre-secado. Lo más adecuado para el procesamiento de biomasa con alto contenido de humedad es el uso de los procesos de conversión biológicos. La escala de las plantas de combustión varía desde muy pequeña (calefacción doméstica) hasta plantas industriales de producción entre MW. La co-combustión de biomasa en plantas de quema de carbón es una opción atractiva debido a la alta eficiencia de conversión de estas plantas. La eficiencia de la conversión neta de energía por la combustión de biomasa varía del 20% al 40%. Las altas eficiencias se obtienen con sistemas de más de 100 MWe o cuando la biomasa es quemada en centrales eléctricas alimentadas con carbón. Poniendo un ejemplo, un ciclo termodinámico (Ciclo Stirling), utiliza la combustión para proporcionar potencia directamente en el eje, pero el ciclo es actualmente limitado a salidas pequeñas Gasificación Es la conversión de la biomasa en una mezcla de gas combustible por la oxidación parcial de la biomasa a temperaturas elevadas, en especial en el rango de 800 a 900 LC. El gas de bajo valor calorífico (CV) producido se puede quemar directamente o se utiliza como combustible para motores y turbinas de gas. La aplicación de este gas producido se puede utilizar como un material de alimentación (syngas) para la producción de productos químicos como el metanol.

11 Un concepto prometedor es la biomasa procedente de un ciclo combinado de gasificación integrada (BIGCC siglas en ingles), donde las turbinas de gas convierten el combustible gaseoso en electricidad con una alta eficiencia de conversión. Una ventaja importante de los sistemas BIGCC es que el gas se limpia antes de ser quemado en la turbina, lo que permite un equipo de limpieza del gas más compacto y menos costoso de utilizar, ya que el volumen de gas a limpiar se reduce. La combinación de gasificación y combustión asegura una alta eficiencia de conversión, la eficiencia de producción neta está entre 40-50% para una planta de MWel de capacidad. El syngas producido a partir de biomasa se utiliza para la producción de metanol y de hidrógeno, que pueden ser considerados como combustibles para transporte y otros. En la producción de metanol, ya sea oxígeno quemado o un proceso de gasificación indirecta de hidrógeno ambos se prefieren en la producción de metanol y el gas de mayor valor de CV (normalmente 9-11MJ=N.m^3) son producidos por este proceso Pirólisis Es la conversión de biomasa a líquido (bio-aceite o bio-crudo), las fracciones sólidas y gaseosas, por calentamiento de la biomasa en ausencia de aire a alrededor de 500LC. La pirólisis se puede utilizar para producir bio-aceite si se utiliza flash pyrolysis, la conversión de biomasa en bio-crudo alcanza hasta una eficiencia de 80%. El bio-aceite puede ser usado en motores y turbinas y su uso como materia prima para refinerías también se está considerando. Sin embargo, hay algunos problemas que todavía hay que superar tales como la corrosividad, menor estabilidad térmica entre otros. Modernizar los bio-aceites mediante la reducción del contenido de oxígeno y la eliminación de los álcalis por medio de hidrogenación y craqueo catalítico del petróleo (proceso de la refinación del petróleo que consiste en la descomposición termal de los componentes del petróleo en presencia de un catalizador) puede ser necesario para ciertas aplicaciones Conversión Bioquímica Se utilizan dos procesos principales, la fermentación y la digestión anaeróbica, junto con un proceso menos usado basado en la extracción mecánica/conversión química Fermentación Se usa comercialmente a gran escala en varios países para producir etanol a partir de cultivos de azúcar (por ejemplo la caña de azúcar) y cultivos de almidón (maíz, trigo). La biomasa se muele y el almidón es convertido por enzimas en azúcares y luego los azúcares se convierten en etanol. La purificación del etanol por destilación es una etapa de energía concentrada, con alrededor de 450 litros de etanol producidos por 1000kg de maíz seco. Los residuos sólidos obtenidos de este proceso se pueden utilizar para alimentar al ganado y el bagazo que se obtiene de la caña de azúcar se puede utilizar para la siguiente gasificación o como combustible para las calderas. La conversión de la biomasa lignocelulósica (tales como madera y hierbas) es más compleja, debido a la presencia de moléculas de polisacáridos de cadena más larga y requiere la hidrólisis ácida o enzimática antes de que los azúcares resultantes pueden ser fermentados a etanol Digestión anaeróbica En la digestión anaeróbica (DA), el material orgánico es directamente convertido a lo que se denomina biogás. Este es principalmente una mezcla de metano y dióxido de carbono con pequeñas cantidades de otros gases como sulfuro de hidrógeno. La biomasa es convertida en un ambiente anaeróbico por una bacteria, la cual produce un gas con una energía cerca de 20-40% del bajo poder calorífico de la materia prima. DA es una tecnología comercial aprobada y extensamente usada para el tratamiento de residuos orgánicos con alta humedad (80-90% de humedad). El biogás puede ser usado directamente por un motor de gas de encendido por chispa (motor de combustión interna) y turbinas de gas y puede ser mejorado para una mayor calidad, es decir, en un motor de gas natural por la eliminación del CO2. La eficiencia global de la conversión puede ser de 21%. Al igual que con cualquier sistema de generación de energía que usa un motor de combustión interna como motor primario, el calor residual del aceite del motor y de los sistemas de refrigeración por agua, y los gases de escape podrían ser recuperados usando un sistema de energía y calor combinados Extracción mecánica: Es un proceso de conversión mecánica en la que el aceite se produce a partir de las semillas de varias cosechas de biomasa tales como algodón. El proceso no produce solamente aceite, sino también una "torta" sólida o residual, que es adecuado para la alimentación animal. 5. AUTORIZACIONES Y RECONOCIMIENTOS Los investigadores manifiestan su agradecimiento a Fondecyt Concytec por el financiamiento del proyecto N FONDECYT, IDENTIFICACIÓN ENERGÉTICA DE LA PRODUCCIÓN DE SYNGAS UTILIZANDO

12 UN GASIFICADOR DE LECHO FLUIDIZADO DE DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS DE BIOMASA CON FINES DE APROVECHAMIENTO TÉRMICO O ELÉCTRICO y a la UNIVERSIDAD DE PIURA por el apoyo que sus instalaciones han brindado. 6. CONCLUSIONES En total, considerando las áreas actualmente cosechadas tanto por ingenios azucareros como plantas alcoholeras, así como las destinadas simplemente a actividades agrícolas, se tiene un total de Ha destinadas a la producción de cultivos, cuya biomasa es altamente aprovechable (Ministerio de Agricultura, s.f.). De todas estás hectáreas cosechadas, Ha son actualmente utilizadas para plantación de caña de azúcar y generan residuos de aproximadamente toneladas. Se puede concluir entonces que de solo tomarse en cuenta los residuos de que la caña de azúcar genera, estaríamos utilizando solo un % de la totalidad de hectáreas cosechadas, aproximadamente. Esto considerando que se sea posible mejorar la manera de recolectar los residuos, de tal forma que sea posible aprovecharlos en más del 80 % de la totalidad producida por hectárea cosechada. Con todas estas hectáreas, el Perú tiene un gran potencial de generación de electricidad a partir de los residuos de la caña de azúcar. El progreso radica básicamente en las tecnologías utilizadas para la cosecha de la caña de azúcar, manual versus mecanizada, lo cual puede reflejarse en el aprovechamiento de los otros residuos que quedan en los campos como el follaje y el cogollo. Sin embargo, debe hacerse la salvedad que para quemar este otro tipo de residuos, como el follaje y el cogollo, en las calderas bagaceras que existen en los ingenios, se debe evaluar con detenimiento la composición química de estos residuos ya que la presencia abundante de sales pueden originar problemas de corrosión en las calderas y disminuir la vida útil así como aumentar los costos de mantenimiento. En este sentido, para nuevos proyectos, podría ser una mejor opción técnica, utilizar gasificadores de lecho fijo o fluidizado burbujeante, que aunque tengan un mayor costo son más eficientes y duraderos que las calderas acuotubulares tradicionalmente utilizadas. Otro aspecto a resaltar, es que según la información del COES SINAC (COES SINAC, 2015), el potencial total de generación a partir del bagazo, en términos de energía inyectada a la red, ha variado entre agosto del año 2015 y agosto del 2016 en 0.73 Gwh (en negativo); sin embargo, en este trabajo se ha logrado estimar que el potencial actual para producción de energía eléctrica es de un total de 0.78 Gwh a partir del bagazo, lo cual además de validar los cálculos efectuados, deja en evidencia que no se viene aplicando de la mejor manera las estrategias y tecnologías de conversión de energía a partir de residuos o biomasa. REFERENCIAS AMBIENTUM. (2015). RESIDUOS AGRÍCOLAS, FORESTALES Y GANADEROS. Obtenido de Energía: COES Sinac. (2014). Resumen Estadístico Anual Publicaciones de Post-Operación. Obtenido de COES SINAC. (2015). PRODUCCIÓN CON ENERGÍAS RENOVABLES DEL SEIN. Estadísticas anuales. Recuperado el 24 de 07 de 2016, de CONSORCIO DE UNIVERSIDADES. (2013). INVESTIGACIÓN PARA EL CRECIMIENTO Y DESARROLLO INCLUSIVO EN EL PERÚ. I Conferencia Anual del Consorcio de Universidades. Lima. Espinoza Zegarra, C., & Bernabel Badillo, F. (Enero de 2016). Balance Nacional de Energía Obtenido de Balance Nacional de Energía : García Bustamante, H. (2013). MATRIZ ENERGÉTICA EN EL PERÚ Y ENERGÍAS RENOVABLES. Lima: Fundación Friedrich Ebert (FES) en colaboración con Derecho, Ambiente y Recursos Naturales (DAR). GRUPO BANCO MUNDIAL. (25 de Abril de 2016). Perú Panorama general. Obtenido de Hiloidhari, M., Das, D., & Baruah, D. C. (Abril de 2014). Bioenergy potential from crop residue biomass in India. Renewable and Sustainable Energy Reviews., 32, MINAG. (2008). La Industria Azucarera Nacional Ministerio de Agricultura. (s.f.). ABD Acceso a Base de Datos. Recuperado el 20 de Agosto de 2016, de Ministerio de Energía y Minas. (2015). Informe anual de producción energéticas año Obtenido de Osinergmin. (2013). ESTADÍSTICAS RER-SEIN. Obtenido de Silvestrin, C. (2011). Programa bioeletricidade , reduzindo emissoes & agregando valor ao setor eléctrico. COGEN, Brasil.

13 ASSESSMENT OF SUGARCANE BYPRODUCTS FOR ENERGY USE IN PERU Abstract. The scope of this paper is to make a feasibility analysis for energy production from sugarcane byproducts in Perú. Therefore, it is shown the history, methods, current scenario and future prospects of sugarcane plantations related to the ethanol industry and the sugar industry. There will be shown analysis of harvest residues (top and leaves). Bagasse is a mill residue, produced after sugarcane juice is extracted from the sugarcane. Nowadays this residue is burnt in boilers and this energy is used to generate steam. In the other hand, harvest residues represent a significant part of the energy contained in the sugarcane, but it is left in the field, or worse; burnt before the harvest. There will also be shown an estimated value of the electricity generation potential from sugarcane residues. Keywords: Sugarcane, biomass, bioenergy, sugarcane byproducts