BALANCES ENERGÉTICOS DE LOS BIOCARBURANTES DE ORIGEN VEGETAL: 1. ETANOL DE CEREALES. 2. BIODIESEL DE OLEAGINOSAS.

BALANCES ENERGÉTICOS DE LOS BIOCARBURANTES DE ORIGEN VEGETAL: 1. ETANOL DE CEREALES. 2. BIODIESEL DE OLEAGINOSAS. Jornada La energía y la agricultura, Lleida 26 septiembre 2007

Marco. Acuerdo de colaboración entre el Ministerio de Medio Ambiente y el CIEMAT: Análisis de Ciclo de Vida Comparativo de combustibles alternativos para el transporte. Fase I. Análisis de ciclo de vida comparativo del etanol de cereales y la gasolina Fase II.Análisis de ciclo de vida comparativo del biodiesel y del diesel Resultados publicados http://www.energiasrenovables.ciemat.es/

Objetivos. Evaluar, cuantificar y comparar los impactos medioambientales de combustibles con funciones equivalentes: el etanol obtenido a partir de cereales la gasolina el biodiesel obtenido a partir de aceites vegetales crudos el diesel a lo largo de todo su ciclo de vida. Identificar las oportunidades para reducir dichos impactos ambientales

Metodología Análisis de Ciclo de Vida (UNE-EN-ISO 14040-44) El ACV es una técnica para evaluar los aspectos medioambientales y los potenciales impactos asociados con un producto mediante: la recopilación de un inventario de las entradas y salidas de materia, energía y emisiones. la evaluación de los potenciales impactos medioambientales asociados la interpretación de los resultados. Todo ello a lo largo de la vida del producto DE LA CUNA A LA TUMBA

Análisis de Ciclo de Vida ENTRADAS Materias Primas Adquisición de materias primas Producción SALIDAS Emisiones Atmosféricas Efluentes Líquidos Energía Uso/Reuso/ Mantenimiento Reciclado Gestión del Residuo Residuos Sólidos Coproductos Otros Vertidos

Sistemas estudiados. BIOETANOL Sistema A1: Producción y uso de etanol mezclado al 85% con gasolina (E85) Sistema A2: Producción y uso de etanol mezclado al 5% con gasolina (E5) Sistema B: Producción y uso de gasolina ontenida a partir del refino de petróleo en un vehículo de combustible flexible (Ford Focus 1.6i 16V Zetec Flexifuel) siguiendo el ciclo de conducción definido en la directiva 98/69/CE

Sistemas estudiados. BIODIESEL. Sistema BD5A1: Producción y uso de biodiésel obtenido de aceites vegetales, mezclado con diésel al 5%. Sistema BD10A1: Producción y uso de biodiésel obtenido de aceites vegetales, mezclado con diésel al 10%. Sistema BD100A1: Producción y uso de biodiésel obtenido de aceites vegetales, al 100%. Sistema Diésel EN-590: Producción y uso de diésel obtenido a partir del refino de petróleo, en un vehículo diesel (Ford Focus 1.8 Tddi 90 CV) siguiendo el ciclo de conducción definido en la Directiva 98/69/CE

Fuente de los datos. AOP. Datos relativos a la extracción, transporte y refino del petróleo para producir gasolina en las refinerías españolas. ETSI Agrónomos (UPM). Datos relativos a las etapas de producción agrícola de los cereales en España. Abengoa Bioenergía. Datos relativos a sus plantas de producción de etanol de Cartagena y Curtis Bunge-MOYRESA. Datos referidos a la obtención de aceite vegetal de semillas de oleaginosas. BIONOR, BIONET EUROPA y ACCIONA Biocombustibles. Datos relativos al proceso de transformación del aceite a biodiésel. Ford. Datos relativos a las emisiones y consumos de combustible del vehículo de referencia con los distintos combustibles considerados.

Unidad funcional. Base de comparación La cantidad de combustible expresada en MJ de cada tipo de combustible que es necesaria para recorrer un km en un vehículo de combustible flexible (Ford Focus 1.6i 16V Zetec Flexifuel) o en un vehículo diesel (Ford Focus 1.8 Tddi) en un ciclo de conducción determinado (Directiva 98/69/CE). E85: 2.24 MJ/km E5: 2.36 MJ/km Gasolina: 2.36 MJ/km Diesel, biodiesel y mezclas: 1.89 MJ/km

Procesos implicados. Bioetanol Sistemas A1(E85) y A2 (E5) Sistema de referencia Sistema B (E0) Producción herbicidas Producción fertilizantes Producción semilla Cultivo cereal Grano Paja Heno Tierra en retirada Producción de heno Gas natural Exploración Extracción crudo Crudo Transporte Transformación a etanol Etanol DDGS electricidad Grano Electricidad mix Cultivo cereal Producción de electricidad Otros Productos de refinería Transporte Refino Gasolina Transporte y distribución Transporte y distribución Uso final Uso final E85: 2.24 MJ y E5: 2.36 MJ 1 km recorrido E0: 2.36MJ

Procesos implicados. Biodiesel aceites crudos Sistemas BD100A1 y BD10A1 Sistema de referencia Sistema DIESEL EN-590 Producción herbicidas Producción fertilizantes Producción semilla Cultivo oleaginosas colza, soja, girasol y palma Semilla Transporte Extracción del aceite Aceite Cáscara de palma Harinas Lecitina de soja Aceite de palmiste Harina de soja Tierra en retirada Producción de gasoil Producción de harina de soja Aceite de soja Aceite de colza Gas natural Otros Productos de refinería Exploración Extracción crudo Crudo Transporte Refino Transporte Producción biodiesel Harina de colza Producción de aceite de colza Diesel Biodiesel Transporte y distribución Glicerina Glicerina sintética Producción de glicerina sintética Transporte y distribución Uso final Uso final BD10A1: 1.89 MJ BD100A1: 1.89 MJ 1 km recorrido Diesel: 1.89MJ

Tipos de energía inventariados Solo energía no-renovable Energía de proceso: entrada de energía requerida y consumida en el proceso considerado Energía de producción y transporte: entrada de energía en los procesos que extraen, procesan, refinan y transportan energía o materias primas al proceso considerado. Energía inherente: energía de las materias primas. Energía total: suma de todos los conceptos anteriores

Asignación En los procesos en los que se existen co-productos Según la norma UNE-EN-ISO 14040 los flujos de materia y energía, así como las emisiones al medio ambiente asociadas, se deberán asignar a los diferentes co-productos de acuerdo a procedimientos claramente establecidos Evitar la asignación por extensión de los límites del sistema. Consiste en tener en cuenta las cargas totales del proceso y restar las cargas ambientales que se producen en un sistema alternativo que proporciona el mismo servicio que el co-producto que estamos analizando.

Resultados. Balance de energía cultivo de trigo para bioetanol Obtención gasoil y distribución de gasoil Fabricación y transporte de abonos Producción y transporte de semilla Gasoil: 2515 MJ/ha Abonos: 8/15/15 300 kg/ha Nitrato amónico cálcico 300 kg/ha 180 tkm camión Semilla: 165kg/ha 8.25tkm camión Cultivo del trigo Grano: 3,409 t/ha 400 km Transporte grano 1363,6 tkm camión Paja: 3,409 t/ha MJ/ha MJ/ha después de asignación MJ/tm.s. trigo. Contribució relativa (% Labores agrícolas 2285,21 1783,64 523,21 21,56 Alzar 408,26 Abonado de fondo 204,59 Pase de grada 204,59 Pase de cultivador 237,47 Fertilización de cobertera 204,59 Siembra 150,70 Tratamiento Cosecha 657,61 Empacar 223,77 Fabricación fertilizantes 6176,92 5977,96 1753,58 72,25 Fabricación pesticidas 0,00-9,20-2,70-0,11 Transportes insumos 574,69 521,10 152,86 6,30 TOTAL 8758,22 8273,50 2426,96 Transporte del grano a la planta de etanol 1670,40 TOTAL incluido transporte del grano 4097,36

Resultados. Balance de energía cultivo de cebada para bioetanol MJ/ha MJ/ha después de asignación MJ/tm.s. cebada Contribución relativa (%) Obtención gasoil y distribución de gasoil Fabricación y transporte de abonos Producción y transporte de semilla Gasoil: 2612 MJ/ha Abonos: 8/15/15 250 kg/ha Nitrato amónico cálcico 170 kg/ha 126 tkm camión Semilla: 170kg/ha 8,5tkm camión Cultivo de la cebada Grano: 2,97 t/ha 600 km Transporte grano 1.782 tkm camión Paja: 2,97 t/ha Labores agrícolas 2153,86 1681,00 565,99 27,40 Alzar 492,33 Abonado de fondo 77,44 Pase de grada 206,52 Pase de cultivador 143,83 Fertilización de cobertera 77,44 Siembra 172,41 Tratamiento 103,26 Cosecha 663,81 Empacar 225,88 Fabricación fertilizantes 4194,71 4021,37 1354,00 65,54 48,70 MJ/ha Fabricación y transporte de herbicidas Herbicidas: 2,4D: 150 g/ha MCPA:270 g/ha 0,24 tkmcamión 1,2tkm tren Fabricación pesticidas 72,94 64,92 21,86 1,06 Transportes insumos 415,55 368,86 124,20 6,01 TOTAL 6558,46 6136,16 2066,05 Transporte del grano a la planta de etanol 2851,2 TOTAL incluido transporte del grano 4917,25

Resultados. Balance de energía proceso de transformación a bioetanol Gas Cereal Reactivos Cogeneración Molienda Mezcla Cocción Licuefacción Fermentación Destilación y Deshidratación CO 2 Electricidad Balance energético Energía del proceso Gas natural Energía de las mp Acido sulfúrico Acido fosfórico Urea MJ/kgetanol 27.186 MJ/kg etanol Norenovable 27.186 kg/kg etanol 0.007 0.024 kg/kg etanol 0.001 0.004 kg/kg etanol 0.001 0.022 TOTAL 27.236 Etanol Transportedel etanol Límitesdel sistema Decanatación Vinazas Evaporación DDGS Secado Pelletización Asignación por extensión de los límites del sistema Productos evitados kgddgs/kg etanol kg trigo evitado/kg etanol DDGS/trigo 1.521 1.186 2.984 kwhevitados/kg etanol Electricidad 4.255 15.317 18.302 TOTAL despues de asignación 8.93 Extensión de los límitesdel sistema

Resultados. Consumo de energía fósil. BIOETANOL 3.000 2,747 2,778 2.500 Distribución mezclas MJ Efosil/km 2.000 1.500 1.000 1,778 Refino Transporte crudo Extracción crudo Transformación a etanol Transporte grano Producción grano 0.500 0.000 E85 E5 E0

Resultados. Ahorro de energía fósil. BIOETANOL % energía fosil /km 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 36% E85: 1 MJ por cada km recorrido (36%) E5: 0,031 MJ por cada km recorrido (1,12%) 5% 0% E85 1,12% E5

Resultados. Emisiones de gases de efecto invernadero. BIOETANOL 250 200 198 206 Uso Distribución de las mezclas g CO2 equiv/km 150 100 Refino Transporte crudo Extracción crudo Transformación a etanol 61 Transporte grano 50 Producción grano 0 E85 E5 E0

Resultados. Balance de energía cultivo de colza para biodiesel Obtención gasoil y distribución de gasoil Fabricación y transporte de abonos Fabricación y transporte de herbicidas Producción y transporte de semilla Gasoil: 1618 MJ/ha Abonos: 15/15/15 200 kg/ha Nitrosulfato amónico: 300 kg/ha 210 tkm camión Herbicidas: Trifluralina 1,8 kg/ha Trialato: 3 kg/ha Haloxifop: 2 kg/ha 0,5024 tkm camión 2,512 tkm tren Semilla: 10 kg/ha 5 tkm camión Cultivo de colza Grano: 1,397 t/ha Transporte grano 100 km Paja: 1,65 t m.s./ha 139,7 tkm camión MJ/ha incluída producción de semilla Factor 1.0089 MJ/ha evitados por la paja MJ/ha despues de asignacion MJ/tm.s. colza Producción 1.397 t m.s. MJ/ha colza Contribu relativa Labores agrícolas 1618 1632.64 107.14 1525.50 1168.67 20 Alzar 446.78 450.76 322.66 Abonado de fondo 111.94 112.94 80.85 (Pase de grada) 139.93 141.18 101.06 Pase de cultivador 259.87 262.18 187.68 Fertilización de cobertera 111.94 112.94 80.85 Siembra 164.92 166.39 119.10 Pase de grada 139.93 141.18 101.06 Tratamiento 251.88 254.12 181.90 Cosecha 259.87 262.18 187.68 Fabricación fertilizantes 5338.16 5385.67 97.93 5287.74 3855.17 65 Fabricación pesticidas 652.59 658.40 6.09 652.30 471.29 8 Transportes insumos 621.30 626.83 23.45 603.38 448.69 8 TOTAL 8230.28 8303.53 235 8068.92 5943.83 100

Resultados. Balance de energía cultivo de girasol para biodiesel Obtención gasoil y distribución de gasoil Fabricación y transporte de abonos Fabricación y transporte de herbicidas Producción y transporte de semilla Gasoil: 1413 MJ/ha Abonos: 8/15/15 181,88 kg/ha 54,56 tkm camión Herbicidas: Trifluralina 1,5 kg/ha Linurón 2,5 kg/ha 0,8 tkm camión 4 tkm tren Semilla: 5 kg/ha 2.5tkm camión Cultivo de girasol Grano: 0,8 t/ha Transporte grano 300 km 240 tkm camión MJ/ha MJ/ha incluída producción de semilla MJ/ha evitados Factor 1,0078 por la paja MJ/ha incluída producción de semilla despues de asignacion MJ/t girasol Contribu relativa Labores agrícolas 1401,74 1412,69 1412,69 1765,87 36 Alzar 446,78 450,27 Abonado de fondo 279,86 282,05 (Pase de grada) 111,94 112,82 Pase de cultivador 259,87 261,90 Siembra 219,89 221,61 Tratamiento 92,35 93,08 Cosecha 259,87 261,90 Fabricación fertilizantes 1641,97 1654,80 148,80 1506,00 1882,50 42 Fabricación pesticidas 659,61 664,76 664,76 830,95 17 Transportes insumos 183,34 184,77 184,77 230,96 5 TOTAL 3886,66 3917,03 148,80 3768,22 4710,28 100,0

Resultados. Balance de energía proceso extracción del aceite Semillas 2,386 kg Gas Natural 2,639 MJ Agua 1,5036 kg Electricidad 0,1403 kwh RECEPCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA SEMILLA Torta Aceite filtrado Cáscara Emisiones Harina 1,284 kg Residuos 38,8955 g Girasol Colza Energía en las materias primas hexano 0,28 0,25 Energía de proceso Electricidad 0,90 4,69 Gas natural 2,64 2,77 Diésel subtotal 3,54 7,46 Total 3,82 7,71 Hexano 5,0119 10-3 kg EXTRACCIÓN Aceite crudo 1 kg

Resultados. Balance de energía proceso transformación a biodiesel Aceite Vegetal Reactivos Gas Electricidad 1.043 kg Metanol 0.106 kg Metóxido de Na 0.00485 kg Äcido fosfórico 0.00292 kg Sosa Caústica 0.0065 kg Äcido clorhídrico0.0052 kg Antioxidante 0.00292 kg Anticongelante 0.0025 kg Acido cítrico 9.39E-04 Tierras blanqueo 0.0125 Agua 1.8 MJ 0.03 KWh 0.703 kg Biodiesel 1 kg Transporte del biodiesel PRETRATAMIENTO Aceite refinado TRANSESTERIFICACION Metil ester bruto LAVADO METILESTER Metil ester lavado SECADO METILESTER Biodiesel Agua glicerinosa PURIFICACIÓN GLICERINA Glicerina cruda DESTILACIÓN GLICERINA Glicerina destilada Límites del sistema Emisiones Pastas jabonosas 0.037 Residuos 23.857 g Aguas R s 9.71 g Glicerina industrial 0.0045 Glicerina destilada 0.091 kg Transporte glicerina Balance energético Energía en las materias primas (MJ/kg biodiésel) Fosil metanol 3,81 catalizador (CH 3ONa) 1,54 10-1 antioxidante (vitamina E) 0,93 anticongelante (etilenglicol) 0,117 sosa cáustica 0,02 acido clorhídrico 0,10 sulfato de alúmina 0,00061 nitrato amónico comercial 0,03 acido fosfórico comercial 0,0007 5,17 Energía de proceso (MJ/kg biodiésel) Electricidad 0,10 Gas natural kg 1,44 1,54 TOTAL 6,71 Asignación extensión de los limites del sistema Glicerina farmacopea -11,44 Glicerina industrial -0,42 TOTAL después de asignación -5,15 Extensión de los límites del sistema

Resultados. Consumo de energía. BIODIESEL 2.0 1,949 1,883 1,817 1,862 1,772 1.5 Distribución mezclas Transesterificación usados Transporte aceites reciclados Reciclado MJ/kmjknh 1.0 0.5 0,489 Recogida aceites usados Refino Transporte crudo Extracción crudo Transesterificacion Refino aceites 0,086 Transporte aceites Extraccion de aceite 0.0 Diesel BD5A1 BD10A1 BD100A1 BD5A2 BD10A2 BD100A2 Transporte semilla Producción semilla -0.5

Resultados. Ahorro de energía. BIODIESEL 120% % energía fósil jkfdg 100% 80% 60% 40% 75% 96% BD100A1: 1.5 MJ/km (75%) BD10A1:0.13 MJ/km (7%) BD5A1: 0.06 MJ/km (3%) BD100A2: 1.90 MJ/km (96%) BD10A2: 0.18 MJ/km (9%) 20% BD5A2: 0.09 MJ/km (4%) 3% 4% 7% 9% 0% BD5A1 BD5A2 BD10A1 BD10A2 BD100A1 BD100A2

Resultados. Emisiones de gases de efecto invernadero. BIODIESEL 180.00 160.00 163 158 154 156 149 140.00 Uso final Transesterificación usados 120.00 Transporte aceites reciclados Reciclado g CO2 equiv/km 100.00 80.00 60.00 40.00 71 Recogida aceites usados Distribución mezclas Refino Transporte crudo Extracción crudo Transesterificacion Refino aceites 20.00 19 Transporte aceites Extraccion de aceite 0.00-20.00 Diesel EN- 590 BD5A1 BD10A1 BD100A1 BD5A2 BD10A2 BD100A2 Transporte semilla Producción semilla -40.00

Resultados. Ratio de energía. Ratio de energía fósil = Energía contenida en el combustible (PCI) Energía consumida para producirlo y distribuirlo Gasolina 0,848 Diésel En-590 0,968 E5 0,860 BD5A1 1,002 E85 1,262 BD10A1 1,038 BD100A1 3,856

Análisis de sensibilidad Bioetanol AS3. Origen del cereal. AS4. Distancia de transporte del grano. AS5. Producción relativa de las plantas de etanol. AS6. Consideración del CO2 producido y vendido en la planta de Ecocarburantes como un co-producto del proceso. AS7. Sustitución de la electricidad de cogeneración AS8. Consumo de combustible de la mezcla E5. AS9. Reglas de asignación entre los distintos co-productos. Biodiesel AS1. Origen de la semilla de colza. AS2. Consumo energético del proceso de extracción de aceite. AS3. Origen de los aceites para producción de biodiesel AS4. Reglas de asignación entre los distintos co-productos. AS5. Saturación del mercado de glicerina.

Análisis de sensibilidad. Consumo energía Bioetanol Método de asignación. Asignación por precio en los procesos de transformación a etanol y refino. Consideración del CO 2 como subproducto Sustitución marginal de la electricidad de la planta de cogeneración por electricidad del mix. Biodiesel Método de asignación. Asignación por precio. Saturación del mercado de glicerina. Porcentaje de aceite de palma en la producción de biodiesel Semilla de colza nacional

Áreas de mejora. Bioetanol y Biodiesel: Utilización de biomasa residual como fuente de energía en el proceso de transformación. Reducción del consumo de fertilizantes y número de labores en la etapa de cultivo. Nuevos cultivos Biodiesel: Instalación de sistemas de cogeneración Minimizar el contenido de aceite de palma Optimización del sistema de recogida

Conclusiones Bioetanol El balance energético de la producción de las mezclas estudiadas es tanto mejor cuanto mayor es el contenido de etanol en la mezcla. La producción y uso de la mezcla de etanol al 85% (E85) con gasolina permite ahorrar un 36% de energía fósil en comparación con la producción y uso de gasolina La producción y uso de la mezcla de etanol al 5% (E5) con gasolina permite ahorrar un 1,12% de energía fósil en comparación con la producción y uso de gasolina

Conclusiones Biodiesel El balance energético de la producción de las mezclas estudiadas es tanto mejor cuanto mayor es el contenido de biodiesel en la mezcla. La producción y uso de biodiesel de aceites vegetales crudos puro (BD100A1) permite ahorrar un 75 % de energía fósil en comparación con la producción y uso de diesel La producción y uso de la mezcla de este biodiesel al 10 % (BD10A1) con diesel permite ahorrar un 7 % de energía fósil en comparación con la producción y uso de diesel La producción y uso de la mezcla de este biodiesel al 5 % (BD5A1) con diesel permite ahorrar un 3 % de energía fósil en comparación con la producción y uso de diesel

Grupo revisor. BIOETANOL Ministerio de Medio Ambiente. Dirección General de Calidad y Evaluación Ambiental Abengoa Bioenergía AOP Repsol YPF CEPSA ETSIA ANFAC Autores Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos CIEMAT. Y.Lechon, H.Cabal, C. de la Rua, C. Lago, R.Sáez Ministerio de Medio Ambiente M. Fernández Ford IVECO Unidad de Biomasa CIEMAT Expertos de ACV independientes RANDA GROUP Mark Delucchi, Universidad de California (Estados Unidos) John Sheehan, NREL (Estados Unidos)

Grupo revisor. BIODIESEL Ministerio de Medio Ambiente. Dirección General de Calidad y Evaluación Ambiental Moyresa Ecograss Bionor Acciona biocombustibles Bionet AOP Repsol YPF ETSIA ANFAC Ford Unidad de Biomasa CIEMAT Autores Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos CIEMAT. Y.Lechon, H.Cabal, C. de la Rua, C. Lago, L. Izquierdo, R.Sáez Ministerio de Medio Ambiente M. Fernández

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