Post on 17-Feb-2018
transcript
GEMMA CERVANTES, MARIANA ORTEGA GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN ECOLOGÍA INDUSTRIAL, GIEI
UPIBI-‐IPN
Sede regional: DF-‐IPN
HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES
HUELLA DE CARBONO
BIOCOMBUSTIBLES
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
CLASIFICACION DE RECURSOS Y ENERGIAS
• Biomasa = recurso potencialmente renovable, • BiocombusLbles = energía potencialmente renovable
Fuente: Elaboración propia en base a Daly 1996 G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
LEYES DE DALY PARA RECURSOS POTENCIALMENTE RENOVABLES
Fuente: Daly 1996 G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
Para una fuente potencialmente renovable el ritmo o la tasa sostenible de explotación no puede ser mayor que la tasa de regeneración
CLASIFICACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
Fuente: Singh Nigam 2010
Biofuels
Primary
Firewood, wood chips, pellets, animal waste, forest and crop residues, landfill
gas.
Secondary
1st generaNon
Substrate: seeds, grains or sugars.
Bioethanol or butanol by fermentaLon of starch or
sugars. Biodiesel by
tranesterificaLon of plant oils.
2nd generaNon
Substrate: lignocellulosic biomass.
Bioethanol or butanol by enzymaLc hydrolysis.
Methanol, Fischer-‐Tropsch gasoline and diesel, dimethyl ether and green diesel
by thermochemical processes. Biomethane by anaerobic digesLon.
3rd generaNon
Substrate: algae, sea weeds.
Biodiesel from algae, bioethanol from algae
and sea weeds, hydrogen from green algae and
microbes.
ConvenLonal fermentaLon technology and
transesterificaLon
1st GeneraLon routes and also thermochemical and enzymaLc
routes
Products specifically designed to improve the conversion of
biomass
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
Raw material is processed prior to its combusLon
COMBUSTIBLES 1ª GENERACIÓN: CULTIVOS ALIMENTARIOS
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
• Desventajas • Compiten con alimentos • No pueden susLtuir a los combusLbles
fósiles por la alta demanda de suelo
0
10
20
30
40
50
1 2
% maiz para bioetanol, US (2000/2010)
Precio de la torLlla en México subió 69% de
2005 a 2011
COMBUSTIBLES 2ª GENERACIÓN: LIGNOCELULÓSICOS
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
• Ventajas • Algunos no compiten con uso de suelo
para producción de alimento (pueden usarse residuos de culLvos alimentarios)
• Mayor eficiencia ya que se usa la planta completa y no solo las semillas.
• Debido a la variedad de insumos se pueden usar más tecnologías diferentes
• Muchos de los culLvos no son tan dependientes de las condiciones climáLcas como los culLvos de caña de azucar.
Desventajas • Muchos siguen ocupando suelo para ser culLvados
• Quitan del suelo el material orgánico que debería regresarse
COMBUSTIBLES 3ª GENERACIÓN: ALGAS
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
• Ventajas • Alta producLvidad por unidad de área, más que las especies terrestres
• No compiten por el uso de suelo agrícola ni ponen en riesgo la seguridad alimentaria. Pueden usar suelo degradado
• No compiten por material orgánico que debe regresarse al suelo.
• Alto contenido de lípidos, de 20–70%; • Alto rendimiento en la producción de lípidos
por hectárea; • Producción de subproductos valiosos; • Posibilidad de uLlizar aguas residuales para
proveer nutrientes durante el culLvo.
Desventajas • Proceso de producción energéLcamente intensivo.
• Proceso no opLmizado
PRIORIZACIÓN DE CRITERIOS UTILIZADOS EN LA EVALUACIÓN DE LA BIOENERGÍA
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
0 10 20 30 40 50 60 70
Gre
enho
use
gas
bala
nce
Ene
rgy
bala
nce
(no.
21)
Soi
l pro
tect
ion
(no.
30)
Mic
roec
onom
ic
Com
plia
nce
with
law
s (n
o.P
artic
ipat
ion
(no.
4)
Cro
p di
vers
ity (n
o.26
) N
atur
al re
sour
ce e
ffici
ency
W
ater
man
agem
ent (
no.
Ada
ptat
ion
capa
city
to
Eco
syst
ems
prot
ectio
n P
lann
ing
(no.
12)
Eco
nom
ic s
tabi
lity
(no.
19)
Mon
itirin
g of
crit
eris
S
paci
es P
rote
ctio
n (n
o.23
) Fo
od s
ecut
ity (n
o.2)
La
nd u
se c
hang
e (n
o.31
) W
astw
man
agem
ent (
no.
use
of g
enet
ical
y m
odifi
ed
Use
che
mic
als,
pest
P
oten
tially
har
zard
ous
Em
ploy
men
t gen
erat
ion
Res
pect
for h
uman
righ
ts
Wor
king
con
ditio
ns o
f P
rope
rty ri
ghts
and
righ
ts
Exo
tic s
peci
es
Land
ava
liabi
lity
for o
ther
M
acro
econ
omic
E
cosy
stem
s co
nnec
tivity
R
espe
ctin
g m
inor
ities
(no.
Noi
ce im
pact
s (n
o.16
) C
ultu
ral a
ccep
tbili
ty (n
o.5)
S
ocia
l coh
esio
n (n
o.6)
S
tand
ard
of li
ving
(no.
10)
Visu
al Im
pact
s (n
o.14
)
HUELLA DE CARBONO, HUELLA ECOLOGICA Y GASES DE EFECTO INVERNADERO
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
HUELLA ECOLOGICA
«el área de territorio ecológicamente producLvo (culLvos, pastos, bosques o ecosistemas acuáLcos) necesaria para producir los recursos uLlizados y para asimilar los residuos producidos por una población dada, con un modo de vida específico, de forma indefinida»
(Ress & Wackernagel1996) G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
HUELLA DE CARBONO
• «la totalidad de gases de efecto invernadero (GEI) emiLdos por efecto directo o indirecto de un
individuo, organización, evento o producto» (UK Carbon Trust 2007)
• “a carbon footprint is a life cycle assessment with the analysis limited to emissions that have an effect on
climate change” (EU 2007). • Demanda de biocapacidad procedente de quemar combusLbles fósiles (en área de bosque requerida
para secuestrar las emisiones de CO2) G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
HUELLA ECOLOGICA Y HUELLA DE CARBONO MUNDIAL 1961-‐2007
Carbono: aumentó 5 veces
en 50 años
Global:
aumentó 3 veces
en 50 años
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
GASES DE EFECTO INVERNADERO Y POTENCIAL DE CALENTAMIENTO GLOBAL
ü SF6: 22200 ü HFC: 140 -‐11,700 ü PFC: 6500-‐9200 ü N20: 296 ü CH4: 23 ü CO2: 1
El PCG es el efecto de calentamiento integrado a lo largo de un tiempo
determinado que produce hoy una
liberación instantánea de 1 ton de un gas de efecto
invernadero, en comparación con el causado por el CO2.
Potencial de Calentamiento Global (eq de CO2) (a 100 años)
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
EMISIONES TOTALES DE GEI Y SU INFLUENCIA EN CALENTAMIENTO GLOBAL
Source: Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks (2008), EPA. Climate Change 2007: the Fourth Assessment Report (AR4), IPCC
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
CÁLCULO DE HUELLA DE CARBONO
“A mano” hojas cálculo
IPCC
WRI-‐WCSD GEI México
Sokware
SIMAPRO
UMBERTO
Product Carbon Footprint
Corporate Carbon Footprint
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
HUELLA DE CARBONO Y ACV
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
Depleción abióNca kg Sb eq
Potencial de acidificación kg SO2 eq
Eutroficación kg PO4 eq
Potencial de calentamiento
global kg CO2 eq
Depleción de la capa de ozono kg CFC-‐11 eq
Toxicidad humana kg 1,4-‐DB eq
Ecotoxicidad marina
kg 1,4-‐DB eq
Ecotoxicidad terrestre
kg 1,4-‐DB eq
Ecotoxicidad del agua dulce kg 1,4-‐DB eq
Caracterización de impactos ambientales
HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES Y COMBUSTIBLES FÓSILES
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN Fuente: Union Europea, EuroacLv
HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES Y COMBUSTIBLES FÓSILES INCLUYENDO USO DE SUELO
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN Fuente: Nature Climate Change , 2011
HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE DIFERENTES MATERIAS PRIMAS EN DIFERENTES CONTEXTOS
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
0
20
40
60
80
100
120
g CO
2eq/MJ
Bioetanol Biodiesel
Fuente: CIFOR 2011
HUELLA DE CARBONO DE BIODIESEL A PARTIR DE DIFERENTES MATERIAS PRIMAS
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN Elaboración propia en base a (1): Talens et al. (2010), (2): Achten et al. (2010), (3): Hou et al. (2010), (4): Stephenson et al. (2008)
HUELLA DE CARBONO Y RAZON DE ENERGIA NETA DE BIODIESEL DE MICROALGAS COMPARADA CON OTRAS MATERIAS PRIMAS
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN Fuente: Liu et al. 2012
BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS
(UPIBI, REMA, COLOMBIA) Neochloris oleoabundans
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
Foto: glerl.noaa.gov
Producción de biodiesel a parNr de microalgas
Cultivo
Coagulación- Floculación
Centrifugación
Secado
Extracción
Transesterificación
Destilación 1
Decantación 1
Centrifugación 1
F1 F2Nutrientes
F4Quitosán
F5CH3COOH
F3
F6 Medio gastado
F8 Mediogastado
F7
F9
F10Biomasa seca
F11 C6H6F12
Biomasa
F13
F14
F15 Lípidosbrutos
F25CH3OH
F24KOH
F32
F18 NaOH
F16H3PO4 F17
F23 Lípidos
Filtración
F19 Fosfolípidos y otros AGL
F20 Lípidos y clorofila
F21 arcilla
Destilaciónflash
F27 Biodiesel bruto y metanol
Lavado y deshidratación
F29
F28
Destilación 2
F39 H2SO4
F40
Decantación 2
F34
Decantación 3
F26
F37Biodiesel
bruto
F33H2SO4
F36 K2SO4 y glicerol
F35CH3OH
F41
F31CH3OH
F42 Biodiesel
FE1
FE2
FE3
FE6
FE5
FE4
FE9
FE8
FE11
FE10
F30
F3 Aguaevaporada
F22 Arcillagastada
Centrifugación 2F37 K2SO4
F38 Glicerol
FE7
DATOS EXPERIMENTALES
HUELLA DE CARBONO TOTAL
1 MJ ó 26 g de biodiesel
2.5 kg
DISTRIBUCIÓN DE LAS EMISIONES POR INSUMOS
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
3% 2% 2%
92%
FerLliser (N)
EDTA, ethylenediaminetetraaceLc acid, at plant/RER U Single superphosphate, as P2O5, at regional storehouse/RER U Electricidad en Mexico-‐Producción
SIMBIOSIS INDUSTRIAL APLICADA A LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
EXTRACCIÓN: Simb.Ind. aplicada a biomasa Kg CO2/100MJ
SIMBIOSIS INDUSTRIAL APLICADA A LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
TRANSESTERIFICACIÓN: Simb.Ind. aplicada a residuo glicerol
RESIDUO DE GLICEROL
GLICERINA
K2SO4 como FERTILIZANTE
2.5 kg 0.26 kg
89.5 % CO2
AGRADECIMIENTOS
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
• InsLtuto Politécnico Nacional (Secretaría de InvesLgación y Posgrado y Red de Medio Ambiente).
• CONACYT y Banco Interamericano de Desarrollo
gemma.cervantes@gmail.com mariana.ortegar@gmail.com GIEI, Grupo de InvesLgación en Ecología Industrial
BIBLIOGRAFIA • Doménech, J.L., Huella ecológica portuaria y desarrollo sostenible. Puertos 114,
26-‐31 (2004a) • Doménech, J.L., Huella ecológica y desarrollo sostenible. Aenor Ediciones, Madrid-‐
España (2007) • European Commission (2007). Carbon Footprint. What it is and how to measure it • EPA (2008). Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks • IPCC (2007). Climate Change 2007: the Fourth Assessment Report (AR4) • IPCC (2006). 2006 IPCC Guidelines for NaFonal Greenhouse Gas Inventories,
Prepared by the NaLonal Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. and Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japón.
• UK Carbon Trust (2007). CT, Carbon footprint measuring methodology • Valderrama, J., Espíndola, C., Quezada, R. (2011). Huella de Carbono, un Concepto
que no puede estar Ausente en Cursos .Formación Universitaria, 4 (3) 3-‐12 • WRI, WBCSD (2005). GHG Protocol. The GHG Protocol for Project AccounFng. • WRI, WBCSD (2004). GHG Protocol. A Corporate AccounFng and ReporFng
Standard • Wright, L.; Kemp, S., Williams, I. (2011). "'Carbon footprinLng': towards a
universally accepted definiLon". Carbon Management 2 (1): 61–72.
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
BIBLIOGRAFIA
• Campbell P., Beer T., Ba|er D. (2010). Life cycle assessment of biodiesel producLon from microalgae in ponds. Bioresource Technology. 102 pp 50-‐56.
• Cervantes, G. (2007). Ecologia Industrial. Barcelona: Fundació Pi i Sunyer. • Christy Y. (2007). Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances. 25 pp 294-‐306. • Collet P., Arnaud H., Lardon L., Ras M., Goy R., Steyer J. (2010). Life cycle assessment of microalgae culture coupled to biogas producLon. Bioresource technology 102 pp 207-‐214.
• Jorquera O., Kiperstok A., Sales E., Embirucu M., Ghirardi M. (2010). Bioresourde technology. 101. 1406-‐1413.
• Khoo K., Sarra| P., Balasubramanian R., Naraharise} P., Shaik, S. (2011). Life cycle energy and CO2 analysis of microalgae-‐to-‐biodiesel: preliminary results and comparisons. Bioresource technology. 102. 5800-‐5807.
• Lardon L., Hélias A., Sialve B., Steyer J., Bernard O. (2009). Life cycle assessment of biodiesel producLon from microalgae. Environmental science and Technology. 43. Pp 6475-‐6481.
• Liu X., Clarens A., Colosi L. (2012). Algae biodiesel has potenLal despite inconclusive results to date. Bioresource technology. 104. 803-‐806.
• Lohrey C., Kochergin V. (2011). Biodiesel producLon from microalgae: Co-‐locaion with sugar mills. Bioresource technology. 108. 76-‐82.
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN
BIBLIOGRAFIA • MarLn, M., Eklund, M. (2011). Improving environmental performance of biofuels with
industrial symbiosis. Biomass and bioenergy. 35, 1747-‐1755.
• Norma mexicana IMNC (2007). NMX-‐SAA-‐14040-‐IMNC-‐2008. GesLón ambiental-‐ Análisis de ciclo de vida-‐ Principios y marco de referencia. México D.F. 23 pp.
• Norma mexicana IMNC (2009). NMX-‐SAA-‐14044-‐IMNC-‐2008. GesLón ambiental-‐ Análisis de ciclo de vida-‐ Requisitos y directrices. México D.F. 51 pp.
• Pré consultants (2008). SimaPro 7. IntroducLon to life cycle assessment. Pré. 88 pp. • Razon L., Tan R. (2011). Net energy analysis of the producLon of biodiesel and biogas fron the
microalgae Haematococcus pluvialis and Nannochloropsis. Applied energy. 88. 3507-‐3514. • Sander K., Murthy G. (2010). Life cycle analysis of algae biodiesel. InternaLonal Journal of Life
Cycle Assess. 15. Pp 704-‐714. • Soratana K., Landis A. (2011). EvaluaLng industrial symbiosis and alage culLvaLon from life
cycle perspecLve. Bioresource technology. 102. 6892-‐6901. • Stephenson A., Kazamia E., Dennis J., Howe C., Sco| S., Smith A. (2010). Life Cycle Assessment
of PotenLal Algal ProducLon in d United Kingdom: A Comparison of Raceways and Air-‐Li~ Tubular Bioreactors. Energy Fuels. 24. Pp 4062-‐4077.
G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN