Escenarios de Mitigación de gases efecto invernadero, carbono negro y otros forzadores climáticos de vida corta, mediante el uso de biocombustibles sólidos INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGÍA Y CAMBIO CLIMÁTICO gira! Dr. Víctor Berrueta Dr. Omar Masera Grupo Interdisciplinario de Tecnología Rural Apropiada, A.C. vberrueta@gira.org.mx Ciudad de México, Noviembre 2012
Equipo de Trabajo gira grupo interdisciplinario de tecnología rural apropiada Dr. Omar Masera, CIEco-UNAM Dr. Victor Berrueta, GIRA Dr. Carlos García-Bustamante, UNAM Mtra. Montserrat Serrano-Medrano, UNAM M.C. René Martínez, CIEco-UNAM Ing. Alejandro Tavera, GIRA Ing. Evaristo Herrera, GIRA LCA Eglantina López Echartea Biol. Carlos Dobler, CIGA Tec. Felix Patricio, GIRA Tec. Ruben Gabriel, GIRA
Antecedentes Importancia de reducir las emisiones de los Forzadores Climáticos de Vida Corta (FCVC) como el carbono negro y el metano- dentro de una política integral de mitigación del cambio climático. México ha promovido acciones para mejorar nuestro conocimiento tanto del inventario de emisiones de estos gases como de estrategias para reducirlas sustantivamente. Dentro de los FCVC, el carbono negro (CN) ha recibido atención especial. El CN es originado por la combustión incompleta de combustibles fósiles, biocombustibles y biomasa. Se desconoce el nivel específico de estas emisiones, así como su distribución espacial y la cuantía de la mitigación disponible a mediano y largo plazos.
Justificación del estudio La combustión de biomasa con tecnologías tradicionales (fogones, hornos a cielo abierto) es una fuente importante de los FCVC Metano, Carbono Negro- en México El sector objetivo del estudio abarca a la población más pobre del país: 25 millones de habitantes cocinan con leña; miles de productores de pequeñas industrias (alfarería, ladrilleras, carbón vegetal) Se conoce muy poco sobre este sector y la información existente sub-estima considerablemente su importancia. Es clave integrar la dimensión espacial: México tiene una gran heterogeneidad socio-ambiental.
Distribución de usuarios de leña en México
Objetivos Objetivo general: estimar el potencial de mitigación futura de gases de efecto invernadero (GEI), y de forzadores climáticos de vida corta (carbono negro) derivado de la implementación masiva de opciones bioenergéticas eficientes y para generación eléctrica en México al año 2020 y 2030. Objetivos específicos: Estimar potenciales unitarios de opciones bioenergéticas para el sector residencial, pequeña industria y generación de electricidad. Desarrollar un escenario de referencia espacialmente explícito para los usos finales estudiados en el periodo 2009-2030. Determinar un escenario de mitigación espacialmente explícito con las tecnologías seleccionadas para las opciones de análisis. Evaluar los costos y, preliminarmente, los co-beneficios derivados de las intervenciones de mitigación. Analizar las barreras para la implementación masiva de las opciones bioenergéticas propuestas.
Sectores y Tecnologías Examinadas en el Estudio p Sector Residencial n p Fogones abiertos à Estufas Eficientes Sector Pequeña Industria n Ladrilleras p n Alfareras p n Hornos tradicionales à Hornos de alta Temperatura Carbón Vegetal p p Hornos a cielo abierto à Hornos eficientes MK2 Hornos de tierra à Hornos eficientes (Rabo Quente) Sector Eléctrico Generación con Combustóleo à Generación con Biomasa n
Fases del estudio 1) Determinación del potencial unitario de mitigación: con base en consumos unitarios y factores de emisión. 2) Construcción del Escenario Base: para cada una de las tecnologías y su proyección hasta el año 2030, y el calculo de las emisiones de las tecnologías tradicionales proyectadas. 3) Construcción del Escenario Alternativo: sustitución de tecnologías tradicionales por tecnologías eficientes y calculo de las emisiones de este escenario basado en los datos de mitigación unitaria por tecnología. 4) Estimación de los costos y co-beneficios: el costo neto de implementación del Escenario Alternativo de cada opción. 5) Análisis de barreras de implementación.
. Metodología Las emisiones de cada tecnología se calculan con la siguiente ecuación, Escenario base Escenario alternativo (mitigación) 2030 E tec = 2009 Donde, EU TC S TCanual frnb 2030 EM tec = 2009 Ex= Emisiones acumuladas totales por tecnologías convencionales (o eficientes) EUx= Emisiones unitarias de la tecnología (Factor de emisión * Consumo Unitario combustible) EU TB S TBanual frnb Sx= Saturación anual de la tecnología convencional o eficiente (inventario actual + penetración) fnrb= Factor de No Renovabilidad de la Biomasa y se aplica solamente a las emisiones de CO2 a fin de estimar las emisiones netas debidas al uso de biomasa (únicamente utilizado en el sector residencial)
Factor de No Renovabilidad de la Biomasa (Indice de renovabilidad) Utilizado sólo en el sector residencial Cuando la cantidad de leña extraída excede la tasa de crecimiento de las fuentes de biomasa disponibles (lo que contribuye directamente a las emisiones netas de CO2) la leña contribuye a la degradación y su consumo es no renovable. El factor de no renovabilidad es la fracción obtenida de manera no renovable del total de la leña extraída. frnb = Oferta Consumo ( ) Consumo Oferta=PDL*Aa Donde, Oferta=Cantidad de leña disponible (ton/ año) PDL=Productividad disponible para leña (ton/ ha/año) Aa=Área accesible de bosque (ha)
Factor de no renovabilidad (fnrb) en 2010
Factor de no renovabilidad (fnrb) en 2030 (escenario base)
Factor de no renovabilidad (fnrb) en 2030 (escenario alternativo)
. Consumos unitarios por tecnología Las tecnologías eficientes permiten ahorros de 50% en los consumos unitarios de biomasa
. Consumos unitarios por tecnología (sector residencial)
. Demanda de carbón vegetal 2010-2030
Construcción de escenarios
Escenarios (supuestos) Los escenarios inician en 2009 terminan en 2030. Se incluyeron datos reales históricos donde existe información para años posteriores al 2009 (ej. consumo de leña en 2010). Se adopta el crecimiento de la población por municipio estimado por la CONAPO. En los casos donde existe documentación oficial de penetración de tecnologías eficientes se utilizó esta saturación como parte de la línea base (caso de estufas). El consumo de combustible por unidad de actividad (ej. Consumo leña per cápita para usuarios) permanece constante en el periodo de estudio. En caso de existencia de una proyección oficial de crecimiento de actividad y tecnologías, se utilizó ésta en los escenarios (escenario eléctrico).
Escenarios (supuestos) En los escenarios alternativos se consideraron metas ambiciosas de penetración de las tecnologías eficientes y de bioenergía, tomando el potencial que técnicamente es posible. La penetración sigue una función logística (que es la forma que toma la difusión de nuevas tecnologías). Las emisiones de CO2 provenientes de usos residenciales son afectadas por el fnrb. El potencial de mitigación de emisiones procedente del uso energético de la biomasa está determinado en gran medida por las condiciones de renovabilidad del recurso, motivo por el cual se hace uso del Factor de No Renovabilidad de la Biomasa (fnrb)
Resultados
. Resultados (Escenario Base) El consumo total de leña de los sectores analizados alcanza las 25 millones de toneladas de materia seca (MtMS) -426 PJ- para el año 2012, consumo varias veces superior a toda la madera que se utiliza en México para aserrío y (2.4 MtMS). La mayor participación de este consumo corresponde al sector residencial con el 76%. Existen municipios de alto consumo de leña (con más de 20,000 tms/año) en la mayor parte del. Los municipios del norte tienen una alto consumo de carbón vegetal tanto residencial como para restaurantes. El factor de no renovabilidad de la biomasa (fnrb) llega a 100% para 317 municipios del país y 615 municipios tienen fnrb de 50 a 99% (Oaxaca, Estado de México, Puebla y Veracruz).
Resultados (Escenario Base)
Resultados (Escenario Base)
Resultados (Escenario Alternativo) En todos los municipios se reduce significativamente el consumo de leña por la implementación del escenario alternativo (50%). La reducción del consumo de leña provoca a su vez la disminución del factor de no renovabilidad de la biomasa (fnrb) por municipio (es decir la leña se hace más renovable). En varios de los municipios más críticos del centro y centro oriente del país, a pesar de la introducción de tecnologías eficientes, sigue manteniéndose un uso insustentable de la leña. El escenario alternativo resulta en un consumo energético de 337 PJ en el 2030, con una reducción del 34%, al considerar también la energía para generación eléctrica.
Resultados (Escenario Alternativo)
Resultados (Escenario Alternativo) Las emisiones de GEI llegan a 14.7 MtCO2e en 2030 con una mitigación de 20 MtCO2e o el 58% de mitigación de emisiones GEI. Por su parte, las emisiones de CN alcanzan las 1,921 toneladas en 2030 con una mitigación de 5,422 toneladas (74%). La mitigación acumulada de GEI es de 264 MtCO2e. Con participaciones de estufas eficientes (50%); electricidad (19%) de la mitigación, el carbón vegetal (18%), ladrilleras (11%) y la alfarería (2%). Mitigación CN, la introducción de estufas eficientes y de hornos eficientes para la producción de carbón vegetal tienen la mayor parte (61% y el 36% respectivamente).
Mitigación por sector (sector residencial, sustitución de fogones)
Mitigación por sector (Carbón vegetal, sustitución de hornos)
Mitigación por sector (Fabricación de ladrillo y Alfareria)
Mitigación por sector (Generación de electricidad)
Resultados Ubicación de las plantas de generación eléctrica con biomasa
Resultados (Escenario Alternativo)
Mitigacion Global de GEI (Escenario Alternativo)
Mitigacion Global de CN (Escenario Alternativo)
Resultados (Escenario Alternativo)
Resultados (Costos) 1 No fue posible calcular el costo de mitigación e inversión debido a ausencia de información confiable sobre esta industria. 2 Costo de mitigación cuando de incluyen los beneficios: 1) reducción de tiempo de cocción; 2) reducción de impactos negativos a la salud; 3) preservación de bosques. García-Frapolli et al. (2010). 3 Significa que la inversión del escenario alternativo es menor que la inversión en el escenario base.
Co-beneficios En los sectores residencial y pequeña industria existen beneficios sustantivos por reducción en el tiempo de cocción y mejora en la calidad de las piezas según sea el caso. Mejoras en cuestiones de salud y calidad de vida tanto para usuarios de las estufas como para los productores de hornos ladrilleros, alfareros y de carbón vegetal. Beneficios ambientales locales sustantivos que se derivan del ahorro de combustible y la implementación de planes de manejo para garantizar el abasto de los hornos eficientes. Para el sector eléctrico, co-beneficios importantes de la generación con biomasa incluyen el apoyo a la diversificación y seguridad energéticas, la generación de empleos locales, así como la mejora del ambiente en cuestión de contaminantes como los óxidos de azufre.
Barreras Aceptación y adopción de las tecnologías. Dispersión geográfica de los usuarios y requerimientos de una base de organización social. Se necesitan mayores diseños y personal con los conocimientos técnicos. Garantizar la producción sustentable de biomasa y los volúmenes necesarios. Regulación para la ubicación de las pequeñas industrias y del los combustibles permitidos. Ausencia de información confiable y sistematizada. Requerimientos de inversión.
Recomendaciones Fomentar el uso racional y sostenible de la biomasa a través de la implementación de tecnología eficiente en el sector rural y/o urbano y contemplar en todo momento un programa de evaluación, seguimiento y monitoreo. Reconocer la importancia de las acciones sobre eficiencia energética en el sector rural. Ampliar la visión de las políticas hacia los beneficios sociales en cuanto a la salud de las familias por el uso de estufas y hornos más eficientes. Incorporar a las organizaciones comunitarias y los productores para generar capacidades. Promover la investigación, desarrollo y transferencia de tecnología. Garantizar la calidad de las tecnologías. Seguir criterios de sustentabilidad. Desarrollar esquemas de financiamiento. Desarrollar e implementar Sistemas de Información
Conclusiones Existen municipios con una demanda combinada muy alta de uso de biomasa (residencial, carbón vegetal, ladrilleras y alfareras). Hay una heterogeneidad importante en los consumos de leña y potencial de mitigación a lo largo del país. Es posible reducir a la mitad la demanda de leña. Las emisiones de CN por combustión de biomasa son muy importantes para el sector residencial y de pequeña industria. Existe un potencial importante de mitigación de GEI y de CN en los sectores analizados. Los costos de implementación de las tecnologías eficientes son bajos e incluso negativos. Existe una serie importante de co-beneficios que van desde mejoras a la salud hasta el mejoramiento de la seguridad energética y la creación de empleos. Existe una serie de barreras socio-culturales, técnicas e institucionales que deben ser superadas.
Gracias