ESPACIOS PARA LA BIOENERGÍA EN CHILE - inia.cl TALLER INTERNACIONAL SERIE ACTAS INIA Nº 47 ISSN...

SEMINARIO TALLER INTERNACIONAL

SERIE ACTAS INIA Nº 47

ISSN

071

7-48

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ESPACIOS PARA LA BIOENERGÍA EN CHILE

23 de Agosto de 2012Coyhaique, Región de Aysén,

Patagonia, Chile

EDITORChRIsTIAn hEPP K.

COyhAIquE, ChILE, SEpTIEMbRE dE 2012

ÍNDICE

SUSTAINABLE BIOMASS POTENTIALS FOR FOOD-FEED-FUELS IN THE FUTURE 3Jens Bo Holm-Nielsen & Simas KirchovasHead of Centre for Bioenergy and Green Engineering, Department of Energy TechnologyAalborg University, Dinamarca

EXPERIENCIA Y POTENCIALES DE ESPECIES FORESTALES PARA PRODUCCIÓN DE BIOENERGÍA EN CHILE 15Juan Carlos Pinilla, Mauricio Navarrete y María Paz MolinaInstituto Forestal, Chile

UTILIZACION COMBINADA DE CULTIVOS FORRAJEROS CON FINES PECUARIOS Y ENERGÉTICOS: UN MODELO DE ESCALA LOCAL 31Christian Hepp, Daniel Cross, Pier Barattini y Noé CarrilloInstituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA – ChileCentro de Investigación INIA Tamel Aike, Aysén, Patagonia

EXPANSIÓN DE LA FRONTERA AGRÍCOLA MEDIANTE LA ADAPTACIÓN Y VALIDACIÓN DE JATROPHA EN CHILE 49Manuel PanequeLaboratorio Bioenergía y Biotecnología AmbientalFacultad de Ciencias. Agronómicas. Universidad de Chile, Santiago, Chile

PLAN DE ACCIÓN PARA LAS BIOENERGÍAS EN CHILE 57Verónica Martínez y Viviana HuertaCentro de Energías Renovables (Corfo, Chile)

Editor: Christian hepp Kuschel Ingeniero Agrónomo Mphil phd Instituto de Investigaciones Agropecuarias INIA Tamel Aike e-mail: [email protected]

Coordinación seminario: María paz Martínez y Verónica González

Representante legal: hernán Felipe Elizalde Valenzuela, director (I) INIA-Tamel Aike

ACTA Nº 47

hepp, C., 2012. Espacios para la bioenergía en Chile. Seminario Internacional. 23 de agosto 2012, Coyhaique, patagonia, Chile. Acta INIA Nº 47 67 p.

ISSN 0717 -4818

pROhIbIdA LA REpROduCCIÓN pARCIAL O TOTAL dE ESTA ObRA SIN pERMISO dEL INSTI-TuTO dE INVESTIGACIONES AGROpECuARIAS, MINISTERIO dE AGRICuLTuRA, ChILE.

diseño y diagramación : Felipe Geoffroy Mansilladiseño portada : C.heppImpresión : Imprenta América Ltda.Cantidad de ejemplares : 200

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Seminario Bioenergía, Coyhaique 2012

SUSTAINABLE BIOMASS POTENTIALS FOR FOOD-FEED-FUELS IN THE FUTURE.

- HOW CAN BIOREFINERY CONCEPTS AND BIOENERGY FIT INTO A CHANGE FROM 100 PERCENT FOSSIL DEPENDENCY TOWARDS A 100 PERCENT RENEWABLE ENERGY FUTURE?

Jens Bo Holm-Nielsen & Simas KirchovasHead of Centre for Bioenergy and Green Engineering, Department of Energy Technology

Aalborg University, Dinamarca [email protected]

ABSTRACT

Biomass sources as Woodchips – Wood pellets, Straw – Bio pellets, animal manure, farm-by products and new cropping systems are integrated in our society’s needs. The mindset for shifting from fossil fuels based economies into sustainable energy economies already exist. Bioenergy utilization systems has for many years been forming the basis for the change together with wind and solar energy. These resources still contains great potentials for energy supply chains in increasing areas of Europe and the World. Biomass sustainability issues could be solved by developing the international sustainability criteria. The sustainability criteria agreed internationally could be realized as a tool to secure the positive impacts of bioenergy and to foster the international trade. This study investigates the developments by national and international bodies of biomass standardization and certification systems and analyzes the biomass verification procedure in more detail. Belgium is taken as a case example for analysis. There is a need for action to solve the issues as sustainable bioenergy targeted policy developments, lack of cooperation within industry, governments, standardization bodies, NGO’s and other key stakeholders that stagnate the processes possessed in use of biomass.

Keywords: bioenergy potential, sustainability criteria, certification.

INTRODUCTION

By increasing forces there have been debates the last decade how sensitive biomasses for all kind of purposes are. Food, Feed, Fuel for energy, heating and cooling, fire and construction purposes are among the most important biomass end uses. The biomass resources worldwide depending on use could be finite or non-finite resources. The areas from where it can be used for energy and food/feed are consisting of commercially exploited forestry and agricultural land areas. It is important that when biomass is harvested, nature conservation is taken very seriously into consideration.

The future biomass utilization has been critically researched and discussed for the last decade and the global biomass potential for energy sectors reveal the range of 196 – 530 EJoule. This potential shall be utilized using the sustainability criteria and indicators for sustainable bioenergy. However, there is no internationally agreed mandatory standard for bioenergy and various organizations are using overlapping indicator sets. This paper comprises of two main parts, firstly the biomass resource potential studies are analyzed including forecasts. Secondly, sustainability criteria’s and indicators are discussed followed by a case example of certification and verification procedure.

BIOMASS AS A RESOURCE WORLDWIDE

Biomass is biodegradable products, wastes and residues of biological origin from agriculture, forestry and aquaculture. Biomass comes from a wide range of raw materials that include wood, agricultural crops, by-products of wood processing, manure and the organic fraction of waste products [1; 2]. Biomass as a form of renewable energy has the advantage that it can be easily stored, transported and utilized with a flexible load and applications at the place and time of energy needed. This makes the biomass unique among other renewable energy options.

According to the [3] biomass can be either renewable or non-renewable. To determine the biomass either renewable or non-renewable the following Figure 1 with five criteria system can be used.

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Figure 1: The criteria for renewable biomass [3]

Importantly, all five conditions should comply with nature conservation regulations in the concerned country or region, apply a sustainable management in the production of the biomass and should keep the carbon stock levels non-declining. Otherwise, where none of these conditions applies, the biomass is considered as non-renewable [3]. The next steps of critical review on biomass potentials are its long-term availability and demand for the energy sectors throughout the world.

The global net primary production (NPP) of biomass is estimated to be 2280 EJ [4]. In 2007 only 50 EJ of biomass contributed to global energy use of 470 EJ, mainly in the form of traditional non-commercial biomass [5]. Currently the world consumes nearly 500 EJ of primary energy annually [6; 7] and the future projections of primary energy consumption indicate a range of 601 - 1041 EJ by the year 2050 [8]. Simultaneously, projections of biomass potentials for energy production show a range of 50 - 1500 EJ by the year 2050 [9]. The high biomass potential ranges emerge because of different methods used to represent determining factors – such as demand for food, land, soil and water constraints, biodiversity and nature conservation requirements, and other sustainability issues [6]. There is also doubt on the quality of present studies as the dynamics of important insights to determine the biomass potentials have been studied in less detail. For instance, the competition for water resources with other economic sectors; human diets and alternative protein chains; the demand for wood products and many others factors have been included only to a limited extent [9]. Despite the fact that recent biomass potential studies do not include the dynamics of all-important insights, these studies reveal the potential of biomass for energy production.

The important factor for considering the biomass production potentials and scanning the regions of the world for potential suppliers of biomass fuels is the world‘s land distribution by the employment. The Table 1 presents the total global land area and agricultural area as well as arable land, forest and permanent meadows and pastures expressed in million hectares and as a percentage of total area. Additionally, the definitions of land types are provided at the upper part of the table.

The biomass resources, currently available for producing energy, can be classified into woody biomass, agricultural sources and bio wastes [5]. In this report emphasis is on woody biomass and agricultural sources.

Agriculture and forestry are the biggest sources of biomass around the globe and they account for 38% and 31% of the

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total world‘s area respectively [10; 11]. Further section of this report puts emphasis on these two sources of biomass.

Notably, one can use Table 1 to indicate the particular potentials of biomass in the world. As the agricultural land indicates the energy crops potentials like new plantations, arable land includes the residues potentials of straw, forest area the woody biomass potentials, and permanent meadows and pastures show the potential to expand the biomass production to these lands by new cropping systems.

Agriculture and forestry resources

Agricultural resources

World agricultural land accounts for 38% of the total world‘s land area (Table 1). The biomass from agriculture originates from two different sources: growing energy crops and agricultural residues. In Table 1 we see that regions as Asia (54%), Central America (51%) and Oceania (52%) have the biggest area of agricultural land area and the highest potential for biomass from agricultural residues and from growing energy crops. According to [11], the arable land shifting from food and feed towards mixed food and feed and energy farming will gradually occur and from Table 1 we can see that Asia (16%), European Union (26%) and Northern and Central America (12%) have the biggest area of arable land and the highest potential for that paradigm change. Furthermore, the land areas, devoted for permanent meadows and pastures (permanent grasslands) have the potential to employ the energy farming and continents as Asia (35 %), Africa (31 %) and South America (26 %) have the highest potential for this employment.

Currently, the amount of land devoted for growing biofuels is 0.5% of the total world’s recorded agricultural land area and only 0.19% of the total world‘s area [12; 14]. In Figure 2 it can be seen that increase of total land area devoted for energy crops to 0,38%, 0,85%, 1,54% and 3,07% would increase the current share of biomass production (45 EJ) to 90 EJ, 180EJ, 360EJ and 720EJ respectively [15].

Table 1: The land distribution by employment area in World, continents, European Union, Denmark, United Kingdom and Russian Federation in 2007. [12]

More realistically, the biomass potential from growing energy crops could amount to the range of 120 - 330 ej yr-1, that is between 24 - 66 % of current primary energy consumption [6; 15]. Furthermore, the amount of agricultural residues were estimated to be 36 ej yr-1 in 2005 [7] and projected to reach 55 – 72 ej yr-1 by 2050 [16]. The global agricultural bio-mass potential including energy cropping, plantations and agricultural residues could range between 175 ej - 402 ej by the year 2050.

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Forestry resources

World forests account for 31% of the total world‘s land area (table 1). The biomass from forest originates from two different sources: the biomass from wood and residues (logging residues, processing, wood wastes). The forest availability for biomass depends on factors as: forest area protection and accessibility [17].

The existing forests may be used only partially for energy supply because of economical, various ecological, and social reasons [18]. Depending on forest functions, see figure 3, a percentage of total world‘s forest area must be excluded as biomass resources for energy. This covers protection, conservation and social services areas. Other areas, which account for 77 % of total world‘s forest area, as production, multiple use, other and unknown should be considered as a potential areas for biomass production for energy [10]. However, the percentage may differ from region to region.

The agricultural land employment and primary energyconsumption

3,07%

The share of current primary energyconsumption (500 EJ)

World´s landareadevoted forenergy crops

720EJ

360EJ

180EJ

90EJ

45EJ

1,54%

0,85%

0,38%

0,29%

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160%

Figure 2: The agricultural land employment and primary energy consumption

In Table 1 we see that Northern (33%), Central (35%) and South (47%) America, European Union (37%) and Russian Federation (49%) have the biggest land area dedicated for forests and so the highest potential for woody biomass production.

Figure 3: Designated functions of world’s forests, 2010 (%), [19]

The future projections of forest biomass potentials vary in literature depending on different time frames, data inputs, calculation methods and other factors. The calculation method, which compares the future demand and supply of the wood products, could likely reveal more realistic results. Calculations, based on demand and supply method performed

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by [4] show the wood biomass potentials by the year 2050. These calculations are based on projected demand for industrial round wood and wood fuel and the supply of wood from forests, forest plantations and trees outside forests (TOF) by the year 2050. The results show that the potential of biomass from the forest wood, after the demand for industrial wood is met to be 0 - 93 EJ yr-1; and the potential biomass from wood residues to 21 - 35 EJ which include wood harvest residues (22 %), process residues (39 %) and wood wastes (39 %) [4]. Based on these results the global biomass potential from wood, including forest wood and wood residues, could amount to around 21 - 128 EJ by the year 2050.

The evaluation of studies lead to the assumption that the realistic biomass potential including agricultural and forest biomasses range between 196 – 530 EJ by the year 2050. This assumption is in line with other projections of 200 - 500 EJ of biomass harvestable for energy, including wastes. The Table 2 summarizes the bio-mass resources potentials and includes the projection of primary energy consumption in 2050.

Table 2: Summary of bioenergy potentials worldwide in 2050.

The bulk of this potential comes from the specialized energy crops grown on surplus agricultural land, which is defined as land that is no longer required for food production due to increased efficiency.

The highest regional biomass potentials are: sub-Saharan Africa, Caribbean and Latin America, Commonwealth of Independent States (CIS) (Armenia, Azerbaijan, Kazakhstan, Kyrgyzstan, Moldova, Russian Federation, Republic of Belarus, Turkmenistan, Tajikistan, Ukraine, and Uzbekistan) and Baltic States (Estonia, Latvia and Lithuania), North America and East Asia [11].

SCREENING OF INTERNATIONAL SUSTAINABILITY INDICATORS’ SETS

The biomass use for energy purposes is critical as it is a renewable and multipurpose source of energy and can reduce the CO2 emissions. But the use of biomass for energy does not imply that the harvest, production and conversion processes are sustainable. For assessing biomass sustainability the sustainability criteria’s are important prerequisites and these assessments require the critical sustainability criteria’s/indicators that would secure the sustainable biomass utilization.

The biomass sustainability relies on factors as environmental, economic and social balances within harvest, production, conversion and utilization systems. The complexity of factors and systems become more heterogeneous because of particular sites, projects and sources of biomass. Currently, there is no consensus on the sustainability criteria but the global debate on this issue shows progress. EU is working on developing the set of criteria but still there is uncertainty when these criteria could reach the market. The initiatives as by EURELECTRIC, which is the organization of power producing industries in EU, show the importance and initiative to develop the criteria at the end of 2011 [20] to reach the EU target of 20 % of renewable energy sources by 2020.

Sustainability certification systems

Certification is the process whereby an independent third-party assesses the quality of management in relation to a set of predetermined requirements [21]. The requirements or standards are mostly formulated as criteria that have to be fulfilled for the certification of a product or production process [22]. Commonly, certification systems have two main

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elements: (1) rules how the certification process shall be performed and (2) standards and accreditation procedures [21]. Standards define the aim of certification and characterize the process or product specific requirements to be fulfilled for certification [22]. The requirements are usually translated into three or four sustainability elements: the sustainability principles, criteria, indicators and verifiers. The simplified framework for certification is presented in Figure 3.

The indicators and verifiers are used for operational and measurement purposes of criteria. Indicators are defined as measurable parameters, which characterized a system by reduction of complexity and integration of information [21]. A verifier is defined as data or information that enhances the specificity or the ease of assessment of an indicator. Verifiers are used for indicator assessment and the control of the fulfillment of sustainability criteria [22].

Figure 3: The framework for the certification scheme

Indicators can be management rules or description of the procedures. Management rules describe a sustainable production process by providing the information on allowed or prohibited measures and how these measures have to be performed. Similar to management rules, procedure descriptions give guidelines on how a certain process has to be performed on a whole process chain. This system ensures traceability of a product by the reporting that covers all steps of the product chain. This is also called as Chain of Custody [22].

The basis for chain of custody mechanism for tracing materials within an organization and between organizations in the supply chain is to implement and verify control mechanisms for each organization in the chain. In order to implement a chain of custody, an organization needs to put in place several procedures, covering requirement for documented procedures, processing, system records, etc. [23].

Forest certification systems

Forest certification systems are closely related to biomass sustainability and are considered the most relevant for developing biomass certification systems [24]. Practice shows that to maintain sustainability of biofuels one should use the feedstock from sustainably managed forests. For example biomass certification system Green Gold Label has approved a list of forest certification systems and the feedstock for biofuel production is considered according to that list. However, only 8% of world forests and 45% of the EU forests are certified today [2] and the industry interest in feedstock are usually under the uncertified forest areas [25].

The first forest certification system was launched in 1993 by non-profit organization Forest Stewardship Council (FSC) with the coalition of Worldwide Fund for Nature (WWF) and other leading environmental organizations [26]. Since then, there are a growing number of certification schemes and the competition for the global acceptance is increasing. Forest certification schemes vary in many factors: the criteria and indicators of a scheme can maintain different aspects;

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national schemes can be site specific; it can be developed for a certain forest types (e.g. tropical, natural, plantations) and; global schemes that attempt to cover all aspects in different contexts.

The most accepted global certification schemes worldwide for forest certification are PEFC and FSC which cover 231 and 134 million ha of world’s forests respectively (27; 28; 29). Other schemes e.g. Sustainable Forestry Initiative (SFI), Canadian Standard Association (CSA) sustainable forest management scheme, The Australian Forest Standard (AFS) with Australian Forest Certification Scheme (AFCS) and Malaysian Timber Certification Council (MTCC) etc., cover less area worldwide and table 3 shows mentioned schemes and their certified forest areas worldwide.

It is clear that area of certified forests has increased during the last 3 years (Table 3). We can see that forest area certified by different standards is increasing in different rates. PEFC increase was 11 and FSC 18.4 million ha in the last three years. This could be explained by differences in public acceptance of schemes as FSC is a strong player in development of sustainability standards where PEFC system by using metastandard approach is relying on existing standards [29].

3.1.2. Biomass certification for energy applications

The present initiatives of various governmental and non-governmental bodies attempt to develop certification schemes for bioenergy and have created a wide net of them worldwide. The schemes vary depending on various factors, the type of feedstock, country and the product certifiable. There is no doubt that the number of schemes is increasing rapidly. The studies of [29] show that during the period of 2007 and 2009 the number of certification initiatives for bioenergy has almost doubled. This fact concerns the biomass traders because a wide net of certification systems can create the obstacles for biomass trade [29; 30; 33; 34]. When there is no consensus on the sustainability standards for biomass for energy the producers and users of biomass should assure the sustainability with voluntary schemes for being able to comply with the sustainable energy targets.

Table 3: Forest certification standards and area certified in year 2008 and 2011

Review of sustainability indicator sets: The present initiatives by governmental bodies and international organizations on developing the sustainability criteria are more voluntary but show progress in the processes. Every organization or governmental body has developed different set of criteria. Table 4 provides the sustainability criteria from seven different bodies.The literature surveys on sustainability criteria performed by [35] under BEFSCI initiative, [36] and [37], lead to the number of 44 sustainability criteria. Table 5 summarizes these sustainability criteria by three groups, Environmental, Economic and Social criteria’s, and provide the short explanation of the criteria.

Recently, Global Bioenergy Partnership (GBEP) has released a set of voluntary, practical and science based sustainability indicators with the aim of helping countries to assess and develop sustainable production and use of bioenergy [38]. This is the first global, government level consensus on sustainability indicators for bioenergy, however remains voluntary. The set of 24 indicators divided into three pillars Environmental, Social and Economic is devoted for all kinds of biomasses.

The list of indicators shall now be tested in market conditions for revealing the real applicability options. Nevertheless, this indicator set lack the inclusion of indirect land use change indicators GBEP shall improve it over time. This is the first step towards the Global consensus on sustainability indicator set, however further harmonization is needed.

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The next chapter gives a case example of the wood pellet certification process form the Belgian governmental and company’s GDF SUEZ experience.

A case example of wood pellet certification process

The European Union policy – in accordance with international agreements such as the Kyoto Protocol – has set up renewable energy target of 20% by 2020 by promotion of biomass use in the power, heat and transport sectors. According to the European Renewable Energy Directives, European Governments encourage the green power by granting support mechanisms under the form of green certificates or feed-in tariffs. The empirical evidence from Belgium shows that use of certification systems reduced the country’s CO2 emissions about 3.7% in 2006 from system related electricity production [39].

The Belgian certification system is using the Green Certificates obligations and the penalty for the non-achieved share of green power. The five Green certificates mechanisms are running in Belgium based on two different accounting principles: based upon the energy balance and use of fossil energy all along the supply chain that is then subtracted from the number of granted Certificates; and based upon the avoided fossil CO2 emissions with respect to a reference being the combined cycle power plant. The verification procedure on the suppliers of biomass is applied to evaluate the emissions from the production of biomass fuels.

Belgian authorities make an audit to each biomass supplier within 6 months after the biomass has been first fired. The audit must study the sustainability of biomass origin and detail the energy balance of the whole supply chain. This includes: energy for pelleting the wood and transportation of final product up to the site. Importantly, if the biomass originates not from secondary product but from primary one, then the energy consumption for planting, fertilizing, harvesting etc. must be taken into account [40].

The procedure of certification allows informing a potential supplier of all requirements made by the client concerning:

- The technical product specifications (chemical composition, physical properties),- The sustainability criteria for being accepted within the client.

All this is concentrated in one document entitled “Biomass Supplier Declaration” (6 pages). This document is signed by a representative of the producer and is verified and stamped by a certified inspection body before being delivered to the Belgian authority [40]. In Belgium, for each producer, a local independent inspectorate analyses the global supply chain, and independent body accepted by Belgian authorities gives the approval of the analysis.Next chapter gives the conclusions of the study.

The biomass resources reveal the potentials for energy sector amounting to 196-530 Ejoule in 2050. However, more detailed assessments of potentials could lead to reduced or increased amounts of available biomass for energy purposes. For example, the promotion of degraded lands could add up to the potentials and increased food demand could lead to the decreased potentials. Nevertheless, the bioenergy will play a big role in the future energy mix.

The sustainability concerns of biomass utilization is being addressed by sustainability certification schemes which are mainly voluntary initiatives developed by industry, governments and international organizations.

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CONCLUSIONS

1. Bioenergy potentials could be explored in more detail by mapping world land areas by the employment.

2. Agricultural land possess tremendous potentials of bioenergy and these could be realized by increased efficiencies within food and feed production chains.

3. Bioenergy (in forms of liquids, gases and solids) will play a significant role in the future renewable energy mix. Future bioenergy potential studies reveal the amount of 196-530 EJoule in 2050, including forest and agricultural sources.

4. The sustainability assurance of bioenergy is being developed by voluntary initiatives. Combining forces of the governments, society, industry and international organizations would boost the criteria development to the next level.

5. Further harmonization of bioenergy standards is highly important. For reaching the global consensus on the bioenergy sustainability concerns continuous research focused on sustainable land use management is recommended.

NOTES: Further research on the basis of this report is being performed. The focus is on finding the practical solution for energy producing companies to address the sustainability issues. The time of release is expected at the end of 2011.

REFERENCES

[1] Intelligent Energy Europe (2009). Energy From Field Energy Crops – A Handbook for Energy ProducersFinland, Jyväskylä Innovation Oy & MTT Agrifood Research, 6-7. Accessed 2010 08 10: http://www.encrop.net/GetItem.asp?item=digistorefile;138610;730&params=open;gallery

[2] European Commission (2010). Report from the Commission to the Council and the European Parliament: sustainability requirements for the use of solid and gaseous biomass sources in electricity, heating and cooling, 3.Accessed 2010 08 10: http://ec.europa.eu/energy/renewables/transparency_platform /doc/2010_report/com_2010_0011_3_report.pdf

[3] United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) (2006). Annex 18: Definition of Renewable Biomass, 1-2.Accessed 2010 07 10: http://cdm.unfccc.int/EB/023/eb23_repan18.pdf

[4] Smeets Edward M.W., André P. C. Faaij, Iris M. Lewandowski, Wim C. Turkenburg (2006a), A bottom-up assessment and review of global bio-energy potentials to 2050, Progress in Energy and Combustion Science 33:56�106, 87-92.on sustainability requirements biomass producers and users are advised to join the harmonization processes by sharing the experiences learned during certification development and implementation processes.The box 1 below highlights the main concluding aspects of the report.

[5] SLU (Svetlana Ladanai, Johan Vinterbäck) (2009), Global Potential of Sustainable Biomass for Energy.Swedish University of Energy and Technology, Report 013, 14-17.

[6] IEA Bioenergy (2009), BIOENERGY – A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE: A review of status and prospects.Accessed 2010 07 19: http://www.globalbioenergy.org/uploads/media/0912_IEA_Bioenergy_-_MAIN_REPORT_-_Bioenergy_-_a_sustainable_and_reliable_energy_source._A_review_of_status_and_prospects.pdf , 6-7, 17-26.

[7] Gregg J S and Smith S G (2010), Global and regional potential for bioenergy from agricultural and forestry residue biomass. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 15, 241-262.

[8] (UN) United Nations Development Program, United Nations Department of Economic and Social Affairs, World Energy Council (2000), World Energy Assessment: Energy and the challenge of sustainability, 338.Accessed 2010 08 05: http://www.undp.org/energy/activities/wea/drafts-frame.html

[9] André Faaij, Veronika Dornburg (2008), Assessment of global biomass potentials and their links to food, water,

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biodiversity, energy demand and economy, Main report 31-33 and Supporting Document 13-16.

[10] FAO (2010), Global Forests Resources Assessment 2010. Key Findings. 3-4, 6, 10.Accessed: 2010 07 30: http://foris.fao.org/static/data/fra2010/KeyFindings-en.pdf

[11] Holm-Nielsen J.B., M. Madsen, P.O. Popiel (2006), Predicted Energy Crop Potentials for Bioenergy, Worldwide and for EU-25. World Bioenergy 2006, Conference on Biomass for Energy. 5, 7-9.

[12] FAOSTAT (2010), FAO Statistics Division 2010.Accessed: 2010 07 19: http://faostat.fao.org/site/377/DesktopDefault.aspx?PageID=377#ancor

[13] FAOSTAT (2010a), Metadata, concepts and definitions, glossary (list).Accessed 2010 0913: http://faostat.fao.org/site/375/default.aspx

[14] World Bioenergy Association (WBA) (2009), WBA Position Paper on Global Potential of Sustainable Biomass for Energy, 1-4Accessed 2010 08 05: http://www.worldbioenergy.org/system/files/file/WBA_PP1_Final%202009-11-30.pdf

[15] Holm-Nielsen J B, Kirchovas S and Setobele M C (2010), Biomass resource potentials and international sustainability indicators. A back-ground report for impact assessment on increased use of biomass in DONG Energy’s power and heat production.(On request)

[16] Smeets Edward, André Faaij, Iris Lewandowski (2004), A quickscan of global bio-energy potentials to 2050, An analysis of the regional availability of biomass resources for export in relation to the underlying factors, Report NWS-E-2004-109, 52, 57-61.

[17] Smeets Edward M. W. and André P. C. Faaij (2006), Bioenergy Potentials from Forestry in 2050, An assessment of the drivers that determine the potentials, Climatic Change (2007) 81:353-390.

[18] Metzger J O and Hüttermann A (2008), Sustainable global energy supply based on lignocellulosic biomass from afforestation of degraded areas. Naturwissenschaften 96:279-288, 284-286.

[19] FAO, (2010a), Designated functions of the world’s forests. Accessed 2010 07 20 : http://www.fao.org/forestry/20170-0-0.jpg

[20] EURELECTRIC (2010). Sustainability Criteria for Solid & Gaseous Biomass, Position PaperAccessed 20100826, http://www.laborelec.be/pages_files/BM_Sust%20Crit%20Solid%20Biomass-May%202010-Final.pdf

[21] Dam, J van, Junginger, M, Faaij, A, Jurgens, I, Best, G, Fritsche,U (2008), Overview of recent developments in sustainable biomass certification—Annex documents.Accessed 30052011: http://www.bioenergytrade.org/downloads/ieatask40certificationpaperannexesdraftforcomm.pdf

[22] Lewandowski I., A.P.C. Faaij (2006), Steps towards the development of a certification system for sustainable bio-energy trade, Biomass and Bioenergy 30 (2006) 83–104

[23] Dam J. van, M. Junginger and A.P.C. Faaij (2010) -background document-, From the global efforts on certification of bioenergy towards an integrated approach based on sustainable land use planning, Utrecht University, The Netherlands.

[24] BTG (2008), Sustainability Criteria & Certification Systems for Biomass Production. Netherlands, BTG Biomass Technology Group BV.

[25] Ryckmans Yves (2011), Personal communication, May 2011. (Minutes of the meeting on request)

[26] Perera P. and Vlosky R.P. (2006), A History of Forest Certification, Louisiana Forest Products Development Center, Working Paper #71. Accessed 04042011: http://www.unecefaoiufro.lsu.edu/certificate_eccos/documents/2003-2006/ce03_001.pdf

15


[27] PEFC (2011), Programme of Endorsement of Forest Certification schemes, website. Accessed: 31-03-2011: http://www.pefc.org/

[28] FSC (2011), Forest Stewardship Council, website. Accessed 31-03-2011: http://www.fsc.org/index.html

[29] Dam J. van, M. Junginger and A.P.C. Faaij (2010), From the global efforts on certification of bioenergy towards and integrated approach based on sustainable land use planning, Utrecht University, The Netherlands.

[30] Ladanai S. and Johan V. (2010), Certification Criteria for Sustainable Biomass for Energy, Swedish University of Agricultural Sciences, Upsala 2010.

[31] SFI (2011), Sustainable Forestry Initiative, website,Accessed 04042011: http://64.34.105.23/PublicSearch/MainSearch.aspx?AspxAutoDetectCookieSupport=1

[32] AFS (2011), Australian Forest Standard, website, Accessed 04042011: http://www.forestrystandard.org.au/

[33] Junginger, M., van Dam, J., Zarrilli, S., Ali Mohamed, F., Marchal, D., Faaij, A. (2010). Opportunities and barriers for international bioenergy trade. Manuscript submitted for publication in Energy Policy, May 2010.

[34] Schubert R. and Blasch J. (2010), Sustainability standards for bioenergy – A means to reduce climate change risks?, Energy Policy, 38, 2797-2805.

[35] FAO (2010b), Sustainability Aspects/Issues Addressed under the Initiatives Reviewed under the Bioenergy and Food Security Criteria and Indicators (BEFSCI), Last Update: 2010 02 01.Accessed 20100906: http://www.fao.org/bioenergy/20531-1-0.pdf

[36] Thomas Buchholz, Valerie A. Luzadis, Timothy A. Volk (2009), Sustainability criteria for bioenergy systems: results from an expert survey, Journal of Cleaner Production 17 (2009) S86–S98.

[37] Mirja Mikkila, Osmo Kolehmainen, Timo Pukkala (2005), Multi-attribute assessment of acceptability of operations in the pulp and paper industries, Forest Policy and Economics 7 (2005) 227– 243. 230.

[38] GBEP (2011), THE GLOBAL BIOENERGY PARTNERSHIP AGREES ON A SET OF SUSTAINABILITY INDICATORS FOR BIOENERGY, Global Bioenergy Partnership, Rome, Tuesday 24 may 2011.Accessed 30052011: http://www.globalbioenergy.org

[39] Van Stappen F., Marchal D., Ryckmans Y., Crehay R., Schenkel Y. (2007). Green certificate mechanisms in Belgium: a useful instrument to mitigate GHG emissions. Proceedings of the 15th European Biomass Conference and Exhibition, Berlin (Germany), 7 – 11 May 2007, 3046-3051.

[40] Ryckmans Y., André N. (2007). Novel certification procedure for the sustainable import of wood pellets to power plants in Belgium. Proceedings of the 15th European Biomass Conference and Exhibition, Berlin (Germany), 7 – 11 May 2007, 2243-2246.

[41] EU Directive (2009), DIRECTIVE 2009/28/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 23 April 2009, on the promotion of the use of energy from renewable sources and amendingand subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC

[42] NTA 8080 (2009), Sustainability criteria for biomass for energy purposes, Dutch Technical Agreement, Ref. nr. NTA 8080:2009 en

[43] RTFO (2011), Carbon and Sustainability reporting within the Renewable Transport Fuel Obligation, Technical Guidance Part One, Renewable Fuels Agency, Version 4.0 March 2011.

[44] LABORELEC (2011), Initiative Wood Pellets Buyers Sustainability criteria for solid biomass in large scale power plants, GDF SUEZ, March 2011. Accessed 30052011: http://www.laborelec.com/pages_files/2011-03-16-WG%20Sustainability-Yves%20Ryckmans.pdf

16


[45] ISCC (2010), Sustainability Requirements for the Production of Biomass, International Sustainability and Carbon Certification, Accessed 20042011: http://www.jordan-associates.com/ISCC202SustainabilityRequirements_en_eng.pdf

[46] GBEP (2011), GBEP Sustainability Indicators, Global Bioenergy Partnership,Accessed 30052011: http://www.globalbioenergy.org/fileadmin/user_upload/gbep/docs/2011_events/12th_TF_Sustainability_WashingtonDC_17-20_May_2011/GBEP_sustainability_indicators.pdf

[47] Forest Stewardship Council (2009), Mitigating Climate Change Through Responsible Forestry.Accessed 2010 07 10: http://www.fsc.org/fileadmin/web-data/public/document_center/News/2009_11_Mitigating_Climate_Change_-_COP15.pdf

[48] CIDA Environment Advisor, Elmer Mercado, EnP (2008), Lessons learned on integrating Environmental Sustainability Cross-Cutting Theme in CIDA Projects in the Philippines: Output of CIDA Project Partners Environmental Forum, 4.Accessed 2010 09 23: http://www.pcco.org.ph/downloadables/KM/Environment/08-06-04_FINALVERSION_LessonsLearned.pdf

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EXPERIENCIA Y POTENCIALES DE ESPECIES FORESTALES PARA PRODUCCIÓN DE BIOENERGÍA EN CHILE

Juan Carlos Pinilla, Mauricio Navarrete y María Paz MolinaInstituto Forestal, Chile

[email protected]

RESUMEN

En respuesta a la amenaza del calentamiento global, la inseguridad en el suministro de energía, sumado a la creciente demanda energética, es que ha crecido notablemente el interés entre los científicos, políticos y gobiernos de reconsiderar sus opciones y estrategias en materia de Energías Renovables No Convencionales (ERNC).

En este sentido las “plantaciones dendroenergéticas” constituyen una de las opciones más importantes desde el punto de vista económico y ambiental. Éstas son formaciones destinadas a suministrar en el mediano y largo plazo, un abastecimiento seguro de biomasa frente a la creciente demanda de energía que requiere el desarrollo nacional.

El presente trabajo entrega detalles del debate que genera el tema de las ERNC; así como también datos relevantes de la situación actual en cuanto al suministro y consumo de energía; además de antecedentes técnicos de algunas especies forestales dendroenergéticas de interés para el país, donde destacan especies de Acacias y Salix, entre otras.

Palabras claves: Energías Renovables No Convencionales (ERNC); Plantaciones dendroenergéticas; Acacias; Salix.

INTRODUCCIÓN

En todo el mundo y, especialmente, en los países pertenecientes a la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), como lo es Chile, los gobiernos, los ciudadanos y las empresas concuerdan en que es poco seguro depender de combustibles fósiles para la producción de energía, a lo que se agrega su suministro es limitado y está sujeto a fuerzas políticas y económicas. Los costos relacionados con la salud, el medio ambiente y el clima, derivados del uso de combustibles fósiles, también son elevados (NRDC, 2011).

En base a este escenario, algunos países se han fijado como objetivo obtener proporciones significativas de su energía a partir de fuentes biológicas. Es así como en la Unión Europea actualmente el 30 % de la energía es utilizada en el transporte. De esta proporción, hoy un 98 % proviene de combustibles fósiles, pero al año 2030 el objetivo es sustituir un 25 % con biocombustibles (BIOFRAC 2006, citado por Baettig et al., 2010). Para ello, la Unión Europea ha establecido una estrategia que considera estimular la demanda de biocombustibles por medio del fomento a su producción y distribución. Dentro de esta estrategia se privilegiará la producción de biocombustibles de biomasa lignocelulósica o biocombustibles de segunda generación.

Por su parte, Estados Unidos ha establecido al año 2030 sustituir un 30 % del petróleo por combustibles de origen biológico, para lo cual se requerirá un suministro de mil millones de toneladas anuales de biomasa (Perlack et al., 2005, citado por Baettig et al., 2010). Otro ejemplo sobresaliente es el caso de Finlandia, Irlanda, Nueva Zelandia o España, líderes en la utilización de biomasa forestal para la generación de energía, mediante la transformación de este recurso.

En Chile no es desconocida la situación energética y las serias consecuencias que se involucran sobre el bienestar de la población, la industria y la economía. Como consecuencia del previsible incremento de la

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demanda energética que sustenta el crecimiento económico, se observa con atención las diferentes fuentes que pueden diversificar su matriz energética. Entre estas opciones se encuentran las Energías Renovables No Convencionales, ERNC y es en este ámbito donde la biomasa es la mayor fuente de abastecimiento de energías primarias. Actualmente, la biomasa representa aproximadamente del 15% al 20% del consumo total de energía en el país (14 millones de m3) utilizados principalmente en calefacción y cocción de alimentos, además de algunos usos industriales.

En el país la producción de electricidad en el año 2011 alcanzó a 63.711 GWh1, siendo generada por plantas de Ciclo Combinado a gas Natural (17,7%), otras térmicas (49,2%), hidráulicas (32,6%), y eólica (0,5%). Actualmente, nuestra matriz de energía eléctrica, considerando tanto el SIC como el SING, está compuesta en un 3% de participación de ERNC, 34% de hidroelectricidad y 63% de generación térmica (Ministerio de Energía, 2012). En la figura 1 se presenta el consumo de energía según tipo de combustible durante el período 2000-2010, mientras que la figura 2 presenta la distribución sectorial del consumo de energía en Chile en el año 2010.

Figura 1. Consumo de Energía según tipo de combustibleFuente: Elaboración propia a base de datos del Balance Nacional de Energía (2010), Ministerio de Energía

1 Datos consultados en:http://www.ine.cl/canales/chile_estadistico/estadisticas_economicas/energia/series_estadisticas/series_estadisticas.php1

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Figura 2. Distribución sectorial del consumo de energía en ChileFuente: Ministerio de Energía, Balance Nacional de energía 2010

De las cifras anteriores se desprende que la matriz energética de Chile está compuesta principalmente por combustibles que se deben importar y sobre los cuales existe incertidumbre y variabilidad respecto de su precio y disponibilidad. El abastecimiento de gas depende casi en un 100% de yacimientos argentinos, siendo Chile afectado por las fluctuaciones del precio internacional del petróleo y los problemas de abastecimiento del gas natural. Por otro lado, a partir de los años 80, el sistema eléctrico de Chile comenzó a enfrentar problemas crecientes debido a la baja disponibilidad de recursos fósiles propios y la excesiva dependencia de la generación hidroeléctrica, que debido a las variaciones climáticas, se tradujo en mayor inseguridad en el suministro eléctrico. Según proyecciones de la Comisión Nacional de Energía, se prevé para el futuro próximo un aumento importante en la demanda nacional de combustibles fósiles, tales como el gas natural y el petróleo.

Como se observa en la figura 2, el transporte lidera el consumo de energéticos con el 33% del consumo total en el año 2010 y según proyecciones de la CNE (2008) este porcentaje aumentaría a 53,8% en el año 2030. El consumo de energéticos por parte de este sector es el que muestra un mayor crecimiento esperado, proyectándose con una tasa promedio anual de 6,9% (CNE, 2008).

Este tema por lo tanto demanda una respuesta y es una oportunidad, para el sector forestal nacional, a través principalmente de sus instituciones relacionadas con la investigación y desarrollo tecnológico y empresas del rubro energético y forestal. Estos desarrollos deben traducirse en un escenario futuro más propicio para la inversión en este tipo de proyectos. A esto se suma concursos patrocinados por CORFO y el Ministerio de Energía orientados al apoyo a la materialización de inversiones de generación de energía eléctrica a partir de Energías Renovables No Convencionales. La tercera mayor exportación de Chile, después del cobre y el salmón, corresponde precisamente a recursos forestales y sus derivados, lo que implica un elevado volumen de desechos provenientes de la industria forestal. Las grandes empresas forestales utilizan actualmente éstos desechos como recurso energético renovable para autoabastecimiento eléctrico mediante generación propia y cogeneración de calor para sus procesos industriales como el secado, entre otros. Sin embargo, existen numerosos productores de pequeña y mediana escala que no utilizan el potencial de los desechos forestales debido a no poseer la tecnología necesaria (Bellolio y Karelovic, 2011).

Desde la perspectiva económica, la energía de biomasa forestal tiene un vasto potencial en Chile teniendo como fuentes del recurso el manejo del bosque nativo, las plantaciones forestales dendroenergéticas, los

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desechos de su utilización y los residuos de los procesos industriales.

Los bosques de fines múltiples que producen una variedad de productos, incluida la madera y la biomasa destinadas a obtener combustible, representan probablemente la fuente de biocombustibles económicamente más viable; asimismo, los beneficios económicos que se derivan de los biocombustibles son máximos cuando su precio resulta competitivo respecto al de los combustibles fósiles (Jack y Hall, 2010).

Como Energías Renovables No Convencionales (ERNC) se consideran la biomasa, la eólica, la solar, la geotérmica y la de los océanos. Para aplicaciones de gran escala, como proyectos de generación eléctrica con energías renovables conectados a los sistemas eléctricos, se considera un marco reglamentario y económico neutral con respecto a las energías tradicionales. Por lo tanto, su utilización depende de la competitividad que ellas tengan respecto a las energías tradicionales. Luego, no existe limitación alguna para utilizar las energías renovables, como tampoco su incorporación es objeto de un tratamiento especial (CNE, 2008).

BIOENERGÍA

El término biomasa se refiere a toda la materia orgánica que proviene de árboles, plantas y desechos de animales y que pueden ser convertidos en energía, lo que se denomina Bioenergía. Esta constituye la fuente de energía renovable más antigua conocida por el ser humano, pues ha sido usada desde el descubrimiento del fuego. Este recurso energético es la fracción biodegradable de los productos y residuos generados en los bosques. Puede provenir de podas, raleos y residuos de aprovechamientos madereros (Chile Forestal, 2009) y desde bosques establecidos con esos fines. Como una medida del potencial de la biomasa como fuente energética, se puede señalar que el contenido energético de la biomasa almacenada en la superficie terrestre es equivalente al de las reservas probadas de combustibles fósiles, incluyendo carbón, y que la energía total de las reservas estimadas de éstos últimos, sólo representa unos 130 años de fotosíntesis neta. El proceso de uso y transformación de la biomasa forestal ha permitido el desarrollo de tecnologías de recolección, transformación y de combustión. Esto ha generado la creación de puestos de trabajo, una menor dependencia de combustibles fósiles y un resguardo de recursos escasos (fósiles).

Esta fuente de energía es particularmente atractiva debido a su aporte en la reducción de emisión de gases de efecto invernadero, la reducción del volumen de desechos en vertederos, como también para la disminución de la dependencia de otras fuentes de energía no renovables. Esto último es muy importante para que nuestro país pueda ampliar y diversificar su matriz energética, tan dependiente de los mercados externos, como son el caso del petróleo, gas y carbón (Bellolio, y Karelovic, 2011). Los usos de la biomasa en aplicaciones energéticas son principalmente la producción de gas, energía calórica (térmica) y energía eléctrica. Actualmente la biomasa es utilizada en Chile para producir electricidad e inyectarla a la red, mediante plantas de cogeneración eléctrica que aprovechan los residuos energéticos (licor negro, cortezas), y crecientemente de otros procesos industriales tal como la producción de celulosa2.

El proceso de transformación de la biomasa en energía, ha logrado desarrollos tecnológicos muy importantes y ya se dispone de sistemas eficientes y limpios, desde el punto de vista ambiental, para producir por ejemplo, combustibles líquidos o gaseosos que a su vez pueden generar electricidad. De esta forma, la biomasa funciona como una especie de batería que almacena la energía solar, y si esta se produce en forma sostenida, en el mismo nivel en que se consume, esa batería durará indefinidamente.

Una de las principales fuentes de materia prima para obtener biocombustibles sólidos es hoy en día el acopio de los residuos de la industria de conversión de la madera, de cultivos agrícolas y de faenas de cosecha forestal. Considerando sólo este escenario, el país presenta un límite en la capacidad de producción de energía y sería equivalente a la capacidad de producción de residuos aprovechables energéticamente (RAE), ya sea de las cosechas de los bosques como de las industrias de conversión. Un dato señala que el año 2006 se estimaba que las 34.000 hectáreas de Eucalyptus spp. y las 70.000 hectáreas de Pinus radiata D. Don que se cosecharon en Chile podían proveer un total de 3,1 millones de toneladas de biomasa lignocelulósica, principalmente restos de fuste y ramas (Campino 2006). En cuanto a los RAE de la industria de conversión mecánica, se

2 http://www.cne.cl/fuentes_energeticas/f_renovables.html

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estima un potencial de 3,2 millones de toneladas, conformadas principalmente de aserrín, corteza, despuntes y viruta (CNE/GTZ/INFOR 2007).

La enorme masa forestal que posee Chile y el área disponible para la creación de nuevas plantaciones forestales, permite aseverar que el sector forestal chileno tiene un enorme potencial en el campo energético, lo cual tendría un importante impacto económico y ambiental.

Es necesario destacar que en el país se están haciendo importantes esfuerzos en el desarrollo de energías renovables de 2ª generación (biocombustibles) (proyectos CORFO), sin embargo es necesario avanzar además, en el estudio de las especies requeridas para la generación de biomasa para cada sitio en particular a nivel nacional.

INICIATIVAS DE INVESTIGACIÓN EN DESARROLLO

Existen especies forestales de clima templado y aptas para su uso en Bioenergía que pueden adaptarse y tener un buen crecimiento en las condiciones agroclimáticas de diferentes regiones de Chile. Mediante una adecuada selección en base a experiencias internacionales de especies apropiadas para Bioenergía de acuerdo a sus características específicas y el estudio de las condiciones agroclimáticas de origen y destino es posible establecer y comprobar, en terreno, su adaptabilidad a distintas regiones del país. Las condiciones de crecimiento, asociada a la cuantificación de superficies y volúmenes, soportarían un aprovechamiento económico sustentable de las especies, masificándolas a través de su incorporación como una opción de Energía Renovable No Convencional. Es posible orientar y obtener un manejo económico eficiente de las especies más promisorias según sitio hacia la adopción de criterios que privilegien la obtención de soluciones al desafío de provisión de biomasa combustible que viven las propias comunidades.

Los resultados de las diversas investigaciones deben proveer a los usuarios finales de opciones de energía eficiente y competitiva en relación con las existentes actualmente, basadas la mayoría en petróleo, lo que permitirá al país el ahorro por un menor consumo de combustibles fósiles y a su vez, una menor presión sobre el bosque nativo. También se genera un negocio para agentes intermedios, basado en la comercialización o producción de biomasa dendroenergética y en las labores necesarias de manejo forestal para lograr la mayor productividad de los bosques destinados a dendroenergía. Igual sucede con los proveedores de tecnologías y material vegetal que puedan ofrecer sus servicios para participar de la generación de la biomasa dendroenergética.

Estos antecedentes deben servir para los propietarios, empresas e instituciones relacionas con el sector energético, como un insumo más o elemento complementario de todas las acciones que se establezcan en el plan de utilización de Energías Renovables No Convencionales que se defina utilizar o implementar en el país.

En el país se están desarrollando proyectos en la temática de la Bioenergía, los cuales corresponden principalmente a:

• Desarrollo de protocolos para la producción de biomasa de especies forestales de rápido crecimiento y corta rotación para la generación de bioenergía. INNOVA BIOBÍO. Universidad de Concepción, (Facultad de Ciencias Forestales).

• Consorcio tecnológico empresarial de investigación en producción de biocombustibles a partir de material lignocelulósico. Consorcio Bioenercel S.A.. INNOVACHILE. Universidad de Concepción,Universidad Católica de Valparaíso, Fundación Chile, Arauco, CMPC, Masisa.

• Consorcio tecnológico empresarial de investigación en producción de biocombustibles a partir de material lignocelulósico. Consorcio Biocomsa S.A.. INNOVACHILE-CORFO. Consorcio Maderero, Enap, Refinería, Universidad de Chile.

• Modelo silvícola para la obtención de dendroenergía en la zona central de Chile usando híbridos de Álamo. FONDEF. Universidad de Talca, Universidad de Concepción

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• Modelos de disponibilidad, gestión y transformación de biomasa forestal para el desarrollo de la dendroenergía en Chile. FONDEF. Universidad de la Frontera, Universidad Austral de Chile.

Una acción desarrollada por el Instituto Forestal con apoyo de FAO se orientó a generar las bases para una estrategia dendroenergética nacional (WISDOM Chile), cuyo objetivo fue de dotar al país de las capacidades nacionales necesarias y suficientes para la elaboración de un diagnóstico que cuente con mapas, tablas e informes, que permitan visualizar, cuantificar, identificar y localizar el potencial dendroenergético nacional, como contribución primordial para el desarrollo de estrategias y programas para promover sistemas dendroenergéticos sostenibles. Esta plataforma genera un sistema de información hacia donde convergen elementos de oferta y demanda de combustibles (biomasa de distintas fuentes) que integrados en un ambiente SIG permiten identificar áreas con déficit de biocombustibles, determinar las zonas con mayor presión y generar índices de sostenibilidad de los recursos de biomasa para la industria bioenergética nacional, entre otras resultantes del análisis espacial (Figura 3).

Figura 3. Estructura y resultados modelo WISDOM Chile

La principal conclusión de este estudio es que para establecer una estrategia dendroenergética nacional, se necesita dimensionar, cuantificar y localizar las zonas donde existe mayor presión por los recursos dendroenergéticos. Se sentaron las bases para una caracterización y cuantificación inicial del potencial de los diferentes residuos y subproductos originados por el sector agropecuario y agroindustrial para su aprovechamiento energético, requiriendo de mayor información base para completar este nivel de información. En tanto, los resultados obtenidos son un primer paso en el análisis del sector y no una conclusión del proceso.

OPCIONES BIOENERGÉTICAS

Las plantaciones bioenergéticas son ampliamente usadas en España, Estados Unidos, Inglaterra, Suecia, Nueva Zelanda, Alemania y Brasil, entre otras, como fuente de abastecimiento para la generación de energía térmica y eléctrica. Estas plantaciones se establecen con especies de rápido crecimiento, en períodos de corta rotación y con elevados rendimientos, y pueden llegar a ser una fuente segura de energía renovable para el país, lo que garantizaría además, una actividad económica para los productores, beneficios al medio ambiente y a la economía nacional, utilizando terrenos marginalizados por la producción agrícola y forestal. Es conveniente remarcar que el balance ambiental es positivo en la medida que los gases que provoca su combustión, han sido previamente capturados en el proceso biológico del crecimiento de las plantas.

Las plantaciones de corta rotación se caracterizan por el establecimiento de especies latifoliadas en espaciamientos relativamente densos (2.000 – 10.000 árb/ha) con una silvicultura intensiva que implica preparación de suelo, fertilización y control de malezas con periodos de cosecha que van desde los 2 a 4 años. Dentro de un mínimo de requerimientos para estos se necesita un suelo apto, una especie de rápido crecimiento, conocimiento técnico y práctico, rendimiento calórico y densidad de la madera.

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Por otra parte, las energías térmica (vapor) y eléctricas resultantes de la reacción de combustión de la biomasa son requeridas para los procesos industriales, donde los excedentes de energía eléctrica pueden ser comercializados al sistema interconectado central (SIC).

Respecto de la sustentabilidad medio ambiental de las plantaciones de rápido crecimiento, las investigaciones reportadas a la fecha señalan que los ciclos de corta rotación requieren de aportes de nutriente en cada ciclo de corta, de modo de compensar la extracción que ocurre en este tipo de plantaciones. Por otro lado, las mismas investigaciones señalan que la mantención de las hojas en el piso del bosque, junto con residuos, ayuda a la recuperación de los nutrientes y que a medida que avanzan los ciclos de corta, la profundidad de las raíces ayuda a extraer nutrientes en forma más homogénea y no sólo desde el suelo superficial.

En relación con las características de establecimiento y cosecha, en el Cuadro 1 se presenta un resumen para el caso de especies forestales usadas en Europa para generación de biomasa energética (Facciotto, 2009).

Región

Escandinavia, Gran Bretaña e Irlanda Europa Central Países Mediterráneos

Factor/Especie Sauce Álamo Robinia

•Densidad de Plantación

18 a 25.000 10 a 15.000 8 a 12.000

•Rotación (años) 3 a 4 1 a 3 2 a 4

•Producción (t/ha) 30 a 60 20 a 45 15 a 40

•Humedad (%) 50 a 55 50 a 55 40 a 45

Cuadro 1. Características de los sistemas de corta rotación (SRC) en Europa Fuente: Facciotto, 2009

ESPECIES DE INTERÉS BIOENERGÉTICO PARA CHILE

El Instituto Forestal (INFOR) ha iniciado un trabajo en el tema de la Bioenergía, constituyendo un grupo de trabajo en tal sentido. Inicialmente aborda la temática de la utilización de especies forestales y la generación de información. Si bien se han realizado importantes esfuerzos en este sentido, aún se requieren respuestas validadas y herramientas de gestión para la empresa y propietarios particulares para la selección, uso y manejo de plantaciones dendroenergéticas basado en el concepto de la mejor especie para cada sitio en particular.

Las especies vegetales clasificadas como dendroenergéticas se caracterizan por poseer una alta tasa de crecimiento, la posibilidad de regenerar de tocón (al talarse pueden volver a crecer a partir de la base) y de un alto poder calorífico. Entre ellas se cuentan los géneros Acacia, Eucalyptus y Salix. Estas especies permiten obtener un recurso constante a través del tiempo, teniendo entre otros efectos positivos la disminución de los efectos de la erosión, la degradación y compactación de los suelos, preservando, en definitiva, el patrimonio del país (Bellolio y Karelovic, 2011).

INFOR dispone de antecedentes técnicos preliminares de algunas especies forestales dendroenergéticas de interés para el país, donde destacan las Acacias (dealbata, melanoxylon, mearnsii, saligna (IV Región), Eucalipto (nitens, camaldulensis, cladocalyx, sideroxylon) y Salix. Algunos de estos antecedentes se presentan a continuación.

Acacias.

En el país, el Instituto Forestal ha desarrollado una investigación con tres especies, entre otras, del género Acacia: Acacia melanoxylon, Acacia dealbata y Acacia mearnsii (Figura 4).

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Figura 4. Acacia dealbata (1,6 años; El Carmen, VIII Región); A. dealbata (7 años, Florida, VIII Región)

Estas especies producto de los estudios realizados, han entregado interesantes resultados para su establecimiento en nuestro país, tanto desde el punto de vista de la diversificación de las plantaciones con especies exóticas como por su alto grado de adaptabilidad edafoclimática y multiplicidad de productos a obtener a través de un manejo forestal adecuado, incluida la bioenergía. La investigación desarrollada ha abordado el manejo forestal, mejoramiento genético, el estudio de las características físico mecánicas, evaluación de los probables productos a obtener, etc., de tal forma de lograr hacer de estas especies exóticas una nueva y eficiente fuente de ingresos para grandes, medianos y pequeños propietarios (Pinilla 2000; Pinilla, 2005; Pinilla et al., 2011). Los valores dasométricos reportados desde las parcelas permanentes y ensayos, indican volúmenes totales que varían entre los 100 a 400 m3/ha dependiendo de la edad para el caso de A. dealbata (Figura 5).

En relación con los estudios de rendimientos, en ensayos de INFOR, se han observado fuertes incrementos en altura y diámetro de las especies de Acacias consideradas en esta investigación. Acacia dealbata confirma ser una especie promisoria, presentando el mejor desarrollo de todas las especies ensayadas. En términos de rendimiento (Figura 5), los resultados obtenidos desde parcelas permanentes indican incrementos anuales en volumen de 20 m3/ha para A. dealbata y 10 m3/ha para Acacia melanoxylon, registrando en sitios de buena calidad, valores aún mayores para ambas especies (Pinilla et al., 2011). Este antecedente es importante si se piensa que esta especie también podría usarse para bioenergía, tal cual lo señala la experiencia local y tradicional del país.

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Figura 5. Series de crecimiento en Volumen de Acacia según especie y edad

En efecto, esta especie es muy apreciada a nivel regional para la fabricación de leña y carbón, sin que existiesen estudios precisos acerca de su caracterización energética, ni menos de modelos tecnológicos que optimicen su utilización en energía. Estas especies podrían ser utilizadas en un esquema de manejo destinado a abastecer con biomasa forestal (leña) para la producción de energía (combustible) para hogares (alimentación y calefacción) y producción industrial, requiriéndose del desarrollo de modelos tecnológicos de disponibilidad y sustentabilidad que optimicen su utilización en energía.

INFOR en virtud de estos resultados diseñó ensayos para determinar el efecto en la generación de biomasa para bioenergía según diferentes espaciamientos iniciales, área geográfica, y edades de cosecha, los que consideran extracciones anuales de material para observar la variación en materia seca según densidades iniciales, sitio y edad.

Un resultado a la edad de 4 años se presenta en el Cuadro 2 y Figura 6, donde se observa que el mayor valor en biomasa (utilizando la variable DAP2H), se obtienen con espaciamientos de 2x3 metros, no siendo estadísticamente diferente del espaciamiento de 2x2 metros.

Espaciamiento inicial (m) DAP2H N Comparación (*)

2 x 0,5 594,06 149 A

2 x 1 752,15 144 A B

2 x 2 989,03 169 B C

2 x 3 1.180,40 106 C

(*): Letras distintas indican diferencias significativas (p=0,05)Cuadro 2. Resultados ensayo de espaciamiento y biomasa en Acacia dealbata (Retiro, VII Región)

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Figura 6. Resultados ensayo de espaciamiento y biomasa en Acacia dealbata (Retiro, VII Región)

Desde otro ensayo de espaciamiento con esta especie, instalado en la comuna de El Carmen (2008), utilizando espaciamientos más densos, se han obtenido los valores que se presentan en la figura 7.

Figura 7. Resultados ensayo de espaciamiento y biomasa en Acacia dealbata (El Carmen, VIII Región)

Al revisar los resultados iniciales obtenidos se destaca que las parcelas más densas (40.000 arb/ha) registraron la mayor acumulación de biomasa (Figura 7), llegando a cerca de 30 t ms. Esto implica un valor anual de incremento promedio en biomasa de 10 t ms/ha-año. El menor valor al año 3 se registra en el espaciamiento con 2.800 arb/ha, llegando sólo a las 4,7 t ms/ha (Pinilla y Navarrete, 2011).

En observaciones de rodales originados de forma natural a partir de semillas o retoñación de la especie, se han podido registrar valores medios de 123 m3ssc/ha (con un mínimo de 52, y máximo de 234 m3ssc), los que al considerar un valor de 318 kg/m3 de densidad básica, es posible estimar un rendimiento de 39 toneladas de materia seca por hectárea. Con métodos destructivos de árboles, según distintos espaciamientos, ha sido posible determinar el peso verde parte aérea y su peso seco (estado anhidro), obteniendo una reducción cercana al 50% del peso verde a seco. El valor del peso seco considerando distintos espaciamientos entregan valores de productividad por hectárea-año de 20,3 y 15,5 t ms/ha para densidades de 40.000 y 20.000 arb/ha, respectivamente (Pinilla y Navarrete, 2011).

En relación con el Poder Calorífico de Acacia dealbata, estudios de INFOR obtuvieron valores promedio de 4.034,71 y 3.636,65 Kcal/kg para los valores de Poder Calorífico Superior e Inferior, respectivamente. Las muestras utilizadas procedían de árboles de entre 4 y 6 años, madera 100% juvenil. Los resultados del estudio son concordantes con información bibliográfica existente, y similar a otras especies forestales nativas que crecen en el país (Pinilla y Hernández, 2010).

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Sauce (Salix sp)

Especies de Salix han sido plantadas en Suecia desde 1960 como cultivos en régimen de monte bajo de corta rotación para el abastecimiento de plantas térmicas y energéticas. Se trata de cultivos comerciales, principalmente en tierras agrícolas, y la biomasa producida se utiliza en centrales térmicas de distrito para la producción combinada de calor y energía. Actualmente se cultivan en Suecia unas 20.000 hectáreas de Sauces3 en plantaciones bajas de corta rotación, compuestas principalmente de diferentes clones e híbridos de Salix viminalis, S. dasyclados y S. schwerinii. El cultivo del sauce está totalmente mecanizado desde la plantación hasta la recolección.

En la fase inicial, se plantan unos 15.000 esquejes por hectárea en dobles filas, para facilitar la fertilización y recolección. La producción aproximada de biomasa de Sauce cultivado comercialmente en Suecia es de unas 6 a 12 toneladas por hectárea y año, según las condiciones del terreno. En Chile, en S. viminalis con fines de cestería (VI Región) se han obtenido rendimientos de hasta 12 t ms/ha/año. El poder calórico determinado para maderas y cortezas de distintas procedencias de Salix varía entre 3,91 a 4,36 kcal/gr (Durán, 2002). Recientes estudios realizados por INFOR concuerdan con estos valores, obteniendo para el poder calorífico de Salix un valor de 4.300 Kcal/k, lo que confirma la aptitud de esta especie para su uso en la generación de energía (Pinilla y Navarrete, 2011).

Este resultado más los relacionados con el rendimiento en materia seca por hectárea, generan la necesidad de obtener más información acerca de las mejores especies y variedades y de los sitios potenciales para el establecimiento de este tipo de recurso.

La investigación desarrollada por INFOR se ha centrado en identificar clones de Salix apropiados para bioenergía y generar antecedentes del efecto del manejo en la producción de biomasa, utilizando en una primera etapa clones de procedencia nacional y una colección de Salix extranjeros obtenidos desde un banco en Chimbarongo. Los ensayos se establecieron el 2008 en Cañete, VIII Región, con una distribución lineal, distanciados a 50 cm entre rametos en la línea de plantación y a un metro entre hileras (clones). Se está realizando una cosecha anual para estimación de biomasa seca, y análisis del efecto de la cosecha a distintas edades en la productividad de los retoños. Los resultados de la evaluación del año 2011 realizada en este ensayo se presentan en el Cuadro 3, Figuras 7 y 8.

3 http://64.76.123.202/new/0-0/forestacion/biblos/JS%202009/Trabajos/2%20Trabajos%20Tecnicos/21%20Utilizaci%F3n%20ambiental/Bustamante1.pdf

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CLON DAC (mm) ALT (m) N° VARAS PESO VERDE (Kg)

Belgium red 66,43 4,71 4 5,687

S. chilensis 55,23 2,95 8 3,269

S. cinérea 56,46 3,53 5 3,107

S. viminalis 42,16 3,98 5 2,395

Salix x calodendron 52,79 3,32 4 2,335

Ontario er 65 salix eriocephala 33,5 2,8 9 2,324

S. Apodafolia 48,2 3,64 7 2,288

77056 salix dasyclados 48,74 3,24 4 2,081

Salix dasyclados 39,02 3,21 4 1,976

S. viminalis 38,18 4,04 5 1,901

79046 salix viminalis 48,48 3,46 4 1,876

Ontario s-67 china shrub 41,18 3,61 4 1,65

445 de biardii salix viminalis 40,91 3,12 4 1,637

Ontario 558 salix eriocephala 34 2,99 3 1,534

Germany salix burjatica 44,2 3,07 5 1,383

S. cinérea 29,95 3,26 6 1,309

Mulattin salix viminalis 29,81 3,59 3 1,116

Q 83 salix burjatica 33,35 2,57 3 1,082

Reifenweide salix sericans 33,3 2,45 3 1,071

Black maul salix triandra 30,81 2,61 3 1,007

Cuadro 3. Resultados evaluación 2011 ensayo de Salix (2008) (Cañete, VIII Región)

Figura 7. Resultados ensayo de biomasa en Salix a los 2 años de edad (Cañete, VIII Región)

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Figura 8. Resultados ensayo de biomasa en Salix a los 2 años de edad (Cañete, VIII Región)

El mayor crecimiento a los 36 meses en biomasa lo presenta la variedad Belgium red, con un peso seco promedio del árbol de 5,7 kilos, lo que llevado a la hectárea podría significar, utilizando un espaciamiento medio de 0,5 x 0,5 metros, una ocupación del 50% del sitio debido a los espacios requerido para las actividades mecanizadas y asumiendo un 50% de peso seco a partir de la biomasa verde, un total cercano a las 30 t ms/ha/año. El menor crecimiento lo presentó S. alba con 80 gr, lo que representaría sólo 1 t ms/ha/año.

Monte Bajo de Eucalyptus globulus

La investigación de INFOR señala que el manejo del Eucalyptus globulus regenerado de monte bajo (manejo de retoños) genera una mayor velocidad de crecimiento inicial en comparación a una plantación tradicional. Sin embargo el crecimiento final en altura de la plantación es mayor al del boque originado a partir de retoños. Con respecto al volumen, en promedio durante los primeros años el monte bajo supera al de monte alto, pero a partir del año 7 a 9 dependiendo del sitio, el crecimiento de monte bajo es alcanzado por el de monte alto y superado (Pinilla, 2005).

Estos resultados indican que sería posible su uso para la generación de biomasa con fines dendroenergético, aprovechando cortos ciclos de corta basado en el rápido crecimiento del monte bajo. En este escenario, la producción de biomasa para fines energéticos, donde no es necesario extraer varetas durante cortas intermedias, se realiza en una cosecha final a temprana edad4. La investigación desarrolla por INFOR ha ratificado por un lado los interesantes rendimientos obtenidos a temprana edad utilizando el esquema del monte bajo de Eucalyptus globulus, y la validez económica de la propuesta tecnológica, sustentada en las características del mercado, precios de productos, estructuras de costos, escenarios actuales y futuros y tendencias del mercado.

La opción de uso del monte bajo de E. globulus para biomasa bioenergética presenta una limitación importante en su uso debido a los precios internacionales de la celulosa, altamente atractivos, lo que podría afectar la seguridad en el abastecimiento de biomasa dendroenergética a partir de este tipo de formaciones, al desviarse su destino final desde la biomasa para energía hacia la industria de la celulosa.

En relación con la investigación en desarrollo y los requerimientos de información para el uso de plantaciones dendroenergéticas, es necesario considerar obtener respuestas a una serie de interrogantes. Entre ellas se pueden mencionar:

Determinación peso seco y desarrollo de modelos de estimación de materia seca anualCurvas de densidad básica según especie, edad y zona de crecimientoDeterminación de daños o pérdidas por plagas u otros factores de daño

4 Proyecto FONDEF D02I1117 Modelos de Manejo de Monte Bajo, Informe de Trabajo. Documento técnico “Antecedentes Generales Acerca del Manejo de Monte Bajo de Eucalyptus globulus”. 2005. INFOR

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Contenido de C después de la cosecha y variación de las propiedades físicas del suelo (conductibilidad, distribución del tamaño de agregaciones, densidad)

% de HumedadPoder Calorífico% de cenizasRequerimientos a cumplir (procesos y legislación).

PROPUESTAS PARA AYSÉN Y EL USO DE BIOMASA EN LA GENERACIÓN DE ENERGÍA

La Región de Aysén se caracteriza por presentar un problema de degradación de suelos, un creciente aumento del precio de la energía y la necesidad de diversificar la matriz energética.

Si se plantea recurrir a la biomasa forestal como parte de la matriz energética, y disminuir con ello la participación del bosque nativo (cada vez más alejado y con un creciente costo de extracción y transporte), se requiere en primer lugar de los antecedentes que permitan utilizar la biomasa proveniente de plantaciones forestales para generar energía.

Se estima que con una producción anual potencial del orden de 10.000 ton (se asumen 1.000 ha con una productividad anual de 10 ton/ha). Esta capacidad de producción de biomasa, podrían traducirse en una producción de 1 a 4 Megawatt eléctrico y calórico al año.

Por lo anterior INFOR presentó al Fondo de Innovación para la Competitividad (FIC) año 2011 el proyecto “Investigación con híbridos de álamo para producir biomasa forestal con fines energéticos en Aysén”. Este proyecto tiene por objetivo introducir, seleccionar y desarrollar protocolos de producción y establecimiento de híbridos de Álamos con resistencia al frio, para generación de combustibles sólidos como base para la implementación de un programa dendroenergético en la Región de Aysén.

La propuesta seleccionará e introducirá desde Norteamérica al país híbridos de Álamo resistente al frio y su comparación con material local, junto con el desarrollo de protocolos de producción operacionales en vivero para de híbridos de Álamo con fines dendroenergéticas. Junto con ello se trabajará en el desarrollo de un modelo silvícola orientado a obtener un alto rendimiento energético neto por hectárea para la viabilidad financiera del cultivo dendroenergético. Finalmente, se caracterizarán los pellets y astillas de los híbridos de Álamo seleccionados según el poder calorífico.

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COMENTARIOS FINALES

Se reconoce en el país la creciente demanda energética y la inseguridad de los escenarios para su suministro, por lo que una de las soluciones a nivel de gobierno y productores es considerar las opciones que entregan las Energías Renovables No Convencionales (ERNC). Además de la energía solar y eólica, la biomasa y específicamente las “plantaciones dendroenergéticas”, constituyen una de las opciones más importantes desde el punto de vista económico y ambiental. Éstas son formaciones destinadas a suministrar un abastecimiento seguro y sustentable de biomasa frente a la creciente demanda de energía que requiere el desarrollo nacional.

Para la generación de este conocimiento se requiere de generar un debate y líneas investigación y desarrollo en el tema de la biomasa como ERNC; y contar con actualizaciones y proyecciones de demanda en cuanto al suministro y consumo de energía; la proyección de oferta y disponibilidad de biomasa para energía y fundamentalmente, antecedentes técnicos de especies forestales dendroenergéticas de interés para el país.

INFOR en su búsqueda de opciones dendroenergéticas define las Plantaciones Bioenergéticas con turnos de cosecha reducidos, alta biomasa disponible, de calidad adecuada, sustentable y a un costo razonable. Una premisa muy importante es que ellas no utilicen suelos de aptitud agrícola y que se debe identificar la especie más acordes según la localización geográfica. Esto implica identificar especies potenciales para cada sitio, modelos de manejo más apropiados y herramientas de gestión que apoyen este búsqueda y decisión.

Estos resultados iniciales serán un primer antecedente para el diseño de esquemas de manejo sustentable para plantaciones dendroenergéticas, debiendo ser validado con futuras evaluaciones. La información resultante debe ser relacionada con estudios del poder calorífico y densidad de la madera de las especies en diferentes espaciamientos iniciales y edades, escenario que permitirá definir los esquemas de manejos sustentables según especie para plantaciones destinadas a energía.

Los requerimientos de material combustible de consumo domiciliario o industrial, las restricciones de uso del Bosque Nativo y el conocimiento del crecimiento y aptitudes de especies forestales para generación de energía, generan un escenario altamente atractivo en el mercado para la producción y comercialización de energía.

Finalmente es posible concluir que:

El desarrollo de la bioenergía dependerá en gran medida de la efectividad de las políticas, que permitan fortalecer y ampliar el sector, la alimentación de los mercados de ERNC y el aumento de oportunidades para los generadores de ERNC.

La biomasa para energía debe ser parte integrante de la ordenación forestal sostenible y con ello, determinar la oferta y flujos anuales (corta sustentable)

Las respuestas a las interrogantes en el uso de la biomasa, le otorgarían al país importantes ahorros en los procesos industriales, siendo una fuente segura de abastecimiento para los productores de energía y una fuente permanente de demanda para los potenciales generadores de la biomasa.

Se requieren programas de investigación con carácter regional y permanente

Estos antecedentes deben servir para los propietarios, empresas e instituciones relacionas con el sector energético, como un insumo más de todas las acciones que se establezcan en el plan de implementación y uso de Energías Renovables No Convencionales en el país.

REFERENCIAS

Baeting, R., Yáñez M., Albornoz M. 2010. Cultivos dendroenergéticos de híbridos de Álamo para la obtención de biocombustibles en Chile: estado del arte. REVISTA BOSQUE 31(2): 89-99.

Bellolio, R. y Karelovic, P. 2011. Energía de biomasa forestal, lecciones internacionales y su potencial en Chile.

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Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Eléctrica. Mayo 2011. 28p.

BNE, 2010. Balance Nacional de Energía. Ministerio de Energía. Consultado el 24 de Abril. Disponible en:http://antiguo.minenergia.cl/minwww/opencms/14_portal_informacion/06_Estadisticas/Balances_Energ.html

Campino J. 2006. Disponibilidad de biomasa en Chile. Concepción: Seminario Generación de Energía con Biomasa. FINPROLIGNUM.

Chile Forestal, 2009. Especial Bioenergía. Revista Nº 339.

CNE (Comisión Nacional de Energía, CL), GTZ (Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit, DE), INFOR (Instituto Forestal, CL). 2007. Residuos de la industria primaria de la madera. Disponibilidad para uso energético. Santiago, Chile. 120 p.

CNE (Comisión Nacional de Energía, CL). 2008. Balance Nacional de Energía 2007. Consultado 27 de marzo 2012. Disponible en http://www.cne.cl.

Durán, C. 2001. Contenido de extraíbles y capacidad energética total en Salix viminalis. En Silvicultura y Producción Sauce – Mimbre. INFOR, 2001.

Facciotto, G. 2009. Álamo y sauces productores de bioenergía: potencialidad y perspectivas. Consiglio per la ricerca e la sperimentazione in agricultura. Unità di ricerca per le Produzioni legnose fuori foresta. Casale Monferrato –Italia. 2° Jornadas sobre Biocombustibles, Parque General San Martin, Mendoza, 21-23 Abril 2009.

Hall, P. y Jack, M. 2010. Los grandes bosques como Fuentes de energía: uso de la tierra y repercusiones económicas y medioambientales. Unasylva Nº 235/235

Kauter D., Lewandowski, I., Claupein, W. 2003. Quantity and quality of harvestable biomass from Populus short rotation coppice for solid fuel use - a review of the physiological basis and management influences. Biomass and Bioenergy 24: 411-427.

Ministerio de Energía, 2012. Estrategia nacional de energía 2012-2030. Consultado el 28 de Marzo 2012. Disponible en: http://www.minenergia.cl/estrategia-nacional-de-energia-2012.html

NRDC - BNEF & Valgesta Energía, 2011. El futuro de la energía limpia en Chile. Consultado el 29 de Marzo 2012. Disponible en: http://www.nrdc.org/laondaverde/international/files/chilecostofenergy_sp.pdf

Pinilla, J.C. 2000. Descripción y antecedentes básicos sobre Acacia dealbata, A. melanoxylon y A. mearnsii. Revisión bibliográfica. Santiago, Chile, INFOR-CORFO. Informe Técnico 147. 49p.Pinilla S., J.C. 2005. Manejo, Crecimiento y Rendimiento. En: Pinilla, J.C.; Molina, M. y Gutiérrez, B. (editores). Investigación con Acacia dealbata, A. melanoxylon y A. mearnsii en Chile. INFOR-CORFO. Concepción, Chile. PP.: 67-98.

Pinilla S., J.C. 2005. Antecedentes Generales Acerca del Manejo de Monte Bajo de Eucalyptus globulus. INFOR. Patrocinado por FONDEF. Concepción, Chile, INFOR. 44p. ilus, tabl.

Pinilla S., J.C. y Hernández C., G. 2010. Poder calorífico de Acacia dealbata Link crecida en Chile. Revista Ciencia e Investigación Forestal. Volumen 16(3): 353-377. Santiago, Diciembre 2010.

Pinilla Suárez, J.C.; Molina Brand, M.P.; Hernández Careaga, G.; Barros Asenjo, S.; Ortiz, O. y Navarrete Torres, M. 2011. Avances de la investigación con especies del género Acacia en Chile. Informe Técnico N°179. Instituto Forestal, Sede Bio Bio, Chile.

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Pinilla, J.C. y Navarrete, M. 2011. Informe Contrato de desempeño. Proyecto 1: Desarrollo productivo de los bosques, de la industria forestal y fomento del uso de la madera. Promover el uso dendroenergético de los productos forestales madereros. INFOR – MINAGRI, Diciembre 2011.

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UTILIZACION COMBINADA DE CULTIVOS FORRAJEROS CON FINES PECUARIOS Y ENERGÉTICOS: UN MODELO DE ESCALA LOCAL

Christian Hepp, Daniel Cross, Pier Barattini y Noé CarrilloInstituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA – Chile

Centro de Investigación INIA Tamel Aike, Aysén, [email protected]

INTRODUCCIÓN

La generación de biocombustibles en muchos países del mundo es de larga data y su aplicación está incorporada en sus matrices energéticas. Entre los biocombustibles líquidos de mayor aplicación se cuenta el bioetanol y el biodiesel, los que pueden ser producidos a partir de diversas materias primas. En el caso del primero, se diferencia básicamente aquellos que son de “primera generación”, que se producen a partir de procesos de fermentación de carbohidratos simples, como son los azúcares solubles y el almidón.

El bioetanol generado a partir de estos carbohidratos proviene habitualmente de diferentes plantas de uso agrícola. Este combustible se considera una fuente de energía “limpia”, sobre todo al favorecer un balance de carbono al menos neutro. Junto a lo anterior, se reducen emisiones y contaminación del aire, lo que trae efectos positivos en temas de polución ambiental. Pueden lograrse altos rendimientos de alcohol (bioetanol) por unidad de superficie, dependiendo del cultivo utilizado y de la zona de producción. Se caracterizan por generarse en procesos relativamente simples (fermentación y destilación) con subproductos útiles, como es el caso de coseta, bagazo, vinaza, etc. En general, casi todo el cultivo se utiliza, ya sea con fines de producir el alcohol. O bien en los usos alternativos y de subproductos.

En torno a los biocombustibles de primera generación hay una discusión extensa en cuanto a diferentes aspectos. Uno de ellos se refiere a la cantidad de energía que se gasta para generar energía. Ello en realidad es aplicable a cualquier combustible, incluso al petróleo y sus derivados. Al respecto, hay muchos estudios que analizan el balance de energía y los resultados son también muy variables. Cada cultivo tiene índices diferentes, siendo más eficientes los balances de caña de azúcar y remolacha, y menores los de maíz y trigo, por ejemplo. Ello está relacionado con los rendimientos de alcohol factible de obtener, junto con los sistemas de cultivos y su intensidad. Obviamente que un cultivo de maíz, con alta tecnología en su cultivo y rendimientos intermedios de bioetanol de p.ej. 2-3 m3/ha, tendrá un balance más negativo que un cultivo de caña de azúcar, que puede rendir 8 m3/ha, con menos intensidad de trabajo. También se pone en tela de juicio a los biocombustibles, ya que usan superficie agrícola y de esta forma sustituyen áreas de producción de alimento por áreas de generación de energía. Lo anterior también es relativo, ya que dependerá nuevamente de la localización de las áreas de cultivo. Es así como en países como Brasil, donde hay extensas áreas de cultivo, puede haber espacios para producir combustibles sin afectar necesariamente la producción de alimentos. Este país tiene más de 800 millones de hectáreas como superficie total, y de ellas casi 77 millones de ha son de cultivo. Allí se destina cerca del 5% de la superficie de cultivo a producir energía (bioetanol). En países como Chile, la situación es diferente y es impensable un uso generalizado de superficie de cultivo para estos fines, ya que competiría directamente con producción de alimentos, de alto valor exportable (figura 1). La situación puede ser diferente al considerar suelos de zonas más marginales, como en el norte y extremo sur del país.

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Brasil:

Chile:

Figura 1. Comparación de superficie total y superficie de cultivo (Mha) de Brasil y Chile.

El potencial de producción de alcohol de diferentes cultivos está relacionado a la concentración de azúcares y otros carbohidratos de relativa fácil disponibilidad que contengan. Junto a ello está el potencial de rendimiento del cultivo, que depende de diversos factores, como la localización y el manejo. De esta forma, hay una variación importante de producción de bioetanol a partir de diferentes plantas, la que se grafica en la figura 2.

Fuente: GPC, 2008

Figura 2. Rendimiento de bioetanol para diferentes cultivos.

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EL CONCEPTO LOCAL

En la producción de biocombustibles es posible separar dos enfoques diferentes, dependiendo de la escala en la cual se plantea el trabajo. En países como Brasil y Estados Unidos, existen grandes instalaciones que procesan millones de hectáreas de materias primas para generar altos volúmenes de combustibles, los que se incorporan a la matriz energética a nivel nacional. Otro concepto, totalmente diferente, está orientado a ver los problemas de energía a nivel de localidad y tratar de solucionar dichos problemas a una escala local. Este es el enfoque que se plantea en el presente trabajo.

En la Región de Aysén, se desarrolló entre 2008 y 2012 un proyecto financiado por Innova Chile (Corfo), en el cual el Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA), a través de su Centro de Investigación Tamel Aike, evaluó un modelo agroenergético basado en bioetanol a partir de varios cultivos forrajeros. A través de esta iniciativa se validaron diferentes cultivos en un uso combinado con fines de producción agropecuaria y también cogeneración de etanol. La información entregada en este artículo se basa en los resultados de este proyecto.

El extremo sur de Chile (Patagonia), si bien está dominado por extensas zonas de bosques, grandes estepas y praderas, también tiene suelos de mayor productividad y que presentan claras posibilidades de intensificación productiva. Ello es el caso de ciertas áreas de la región de Aysén. En esta región, existe una escasa diversificación productiva en el ambiente agropecuario y domina la producción de carne bovina y ovina y lana. La rentabilidad de los rubros es habitualmente limitada y es necesario elevar los niveles de vida de las zonas rurales, de modo de evitar, entre otros, la migración de zonas rurales a las urbanas. Es una región de muy baja densidad poblacional, con cerca de 110.000 habitantes, lo que hace de ella un tamaño abordable para modelos de este tipo.

Estos suelos marginales, pero que sin embrago poseen buen potencial agrícola, permiten sustentar sistemas más intensivos, lo que elevaría sustancialmente su capacidad de rendimiento vegetal y con ello de producción animal. La región de Aysén tiene una ganadería basada en praderas, en su mayoría con manejos relativamente extensivos, pero donde hay mucho espacio de mejoramiento, con aumento de la producción primaria vía fertilización e incorporación de nuevas especies forrajeras. Entre éstas, en ciertas situaciones de suelos arables, es posible la incorporación de cultivos forrajeros intensivos, los que según antecedentes y pruebas realizadas por el INIA en la zona, pueden aumentar entre tres a seis veces la capacidad productiva. Existe un universo de alrededor de 90-100.000 ha arables en Aysén, las que pueden ser intensificadas y así dar espacios para aumentos sustanciales de producción animal y, eventualmente, la incorporación de cultivos energéticos en las rotaciones de cultivos. De esta forma, en la misma superficie se estaría aumentando la producción de alimentos (producto animal), junto con la co-generación de biocombustible. Lo anterior no es el caso de otras zonas de Chile, donde la existencia de muchas alternativas productivas de alta rentabilidad atenta contra la idea de producir biocombustibles sobre suelos agrícolas.

Junto a la baja población de la región, su aislamiento y conectividad difícil, hacen de esta región una zona donde soluciones de tipo local pueden tener mayor espacio de desarrollo, y donde los impactos de un enfoque basado en energías no convencionales pueden ser de magnitud. Los mayores costos de los combustibles fósiles y los problemas de contaminación del aire en centros poblados de la región son también factores que aportan a la búsqueda de soluciones basadas en energías alternativas.

La generación de bioetanol a partir de sistemas combinados de producción agroenergética es una alternativa que debería formar parte de un plan regional que incluya otras fuentes energéticas alternativas, de modo de componer una matriz energética nueva para la localidad.

La forma de enfrentar los problemas energéticos de una zona y las alternativas que se puedan elegir no responden a una receta universal, sino que van a depender de cada territorio, su realidad y los recursos

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disponibles.

Las posibles consecuencias de la adopción de un modelo de producción combinada agroenergética, basado en una localidad, serían:

• Aumento de la producción primaria de forrajes (3-6 veces)• Disponibilidad de subproductos - uso animal (hojas – pulpa)• Aumento de producción animal : ovinos – bovinos• Co-generación de biocombustible líquido : bioetanol• Diversificación productiva (se incorpora nuevo producto)• Incorporación de tecnología en los sistemas productivos• Disponibilidad de un nuevo combustible local• Reemplazo parcial de otras fuentes más contaminantes y C-negativas

NUEVOS CULTIVOS – NUEVOS POTENCIALES

La introducción de cultivos forrajeros como las brassicas y otros, han significado un aumento sustancial en los potenciales productivos que pueden esperarse en la zona. La figura 3 resume la secuencia de mejoramiento e intervención en los sistemas pastoriles de la Región de Aysén. Estudios realizados por el INIA, indican que las praderas naturalizadas de la zona tiene un período limitado de crecimiento, entre noviembre y marzo de cada año. Estas praderas tienen además un bajo rendimiento, pero su rendimiento puede ser elevado notoriamente con la corrección de deficiencias nutritivas del suelo. Nuevas especies, como la alfalfa, permiten aumentar los techos productivos sobre los 10.000 kg de materia seca/ha. Las brassicas forrajeras logran aumentar aún más los rendimientos, hasta 15.000 kg de materia seca/ha o más, con una oferta de forraje en períodos donde las praderas no aportan, como es el caso de otoño e invierno. Estos cultivos forrajeros son por lo tanto estratégicos para los sistemas de producción ganadera en Aysén, ya que entregan forraje utilizable en sistemas de pastoreo y con un alto valor nutritivo.

El alto valor nutritivo de algunos de estos cultivos, específicamente la concentración de azúcares en las raíces de nabos, rutabagas y remolacha, fueron la base para plantear el estudio de ellas como fuente alternativa de energía o biocombustible.

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OBJETIVOS DEL PROYECTO

El proyecto que se desarrolló en Aysén tuvo varios objetivos, los que se resumen en:

• Potenciar la fase agronómica de los cultivos.• Explotar el potencial bioenergético de primera generación.• Combinar el uso ganadero y bioenergético de cultivos• Establecer una planta piloto (bioetanol)• Probar/evaluar el bioetanol producido • Elaborar un modelo de desarrollo local

Fuente: Hepp, 2012

Figura 3. Secuencia de mejoramiento e intervención sistemas pastoriles � Región de Aysén.

ESPECIES UTILIZADAS

En este proyecto se utilizaron tres especies diferentes para la producción de biocombustible. El nabo forrajero (Brassica rapa) y la rutabaga (Brassica napus var napobrassica), ambas pertenecientes al género Brassica. Ellas tienen una selección de diferentes variedades, las que difieren en cuanto a su precocidad y adaptación, lo que hace que se pueda acomodar un período de cosecha relativamente prolongado entre marzo y hasta octubre. El otro cultivo que se probó, pero del cual aún falta mucha información, aunque se ha visto un potencial muy alto en producción de bioetanol, es la remolacha (Beta vulgaris var saccharifera). Esta planta también ha tenido buena adaptación a las condiciones locales, con buenos rendimientos en las pruebas preliminares.

La mayor parte de la información siguiente se basa en los cultivos de nabo forrajero y de rutabaga, salvo que se indique específicamente.

Las raíces de los cultivos de brassicas, como nabo y rutabaga, se caracterizan por tener contenidos elevados de agua, con sólo 9-11% de materia seca. Tienen también una muy elevada digestibilidad (>90-95%) y niveles de proteína de 14-20%. Su elevado contenido de energía (> 3 Mcal/kg energía metabolizable) se debe en

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parte a la concentración de azúcares solubles, de 35 a 55%, entre glucosa, fructosa y sacarosa.

Figura 4. Especies utilizadas para la generación de biocombustible en el proyecto: nabo forrajero (izquierda) y remolacha (derecha).

Los niveles de producción de raíces fluctúan habitualmente entre 6 - >9 t MS/ha, o bien de 60- >90 t raíces frescas/ha. La planta completa alcanza un rendimiento de 12 a más de 16 t MS/ha. Las hojas son una fuente forrajera de alto valor nutritivo (alta proteína), mientras que la pulpa residual ( = coseta), que se produce como subproducto del proceso de molienda y filtrado en la generación de etanol, es un alimento suplementario.

FASE AGRONÓMICA

La fase agronómica incluye desde la selección de los terrenos de cultivo, su preparación de suelo, la siembra, el manejo del cultivo propiamente tal, hasta la cosecha. También está la fase de utilización animal, que puede contemplar parte del uso del cultivo durante o con posterioridad a la cosecha.

Siembra

La siembra se puede realizar sobre terreno preparado en forma convencional, o bien en sistemas de cero o mínima labranza. En la Zona Austral, la siembra de estas brassicas se realizará preferentemente entre mediados del mes de octubre hasta fines de noviembre. Zonas con clima más benigno podrán adelantar algo la siembra, mientras que en zonas altas o más frías, se preferirán las siembras más tardías. Se requiere una acabada preparación de suelo, con una cama de semillas firme, ya que las semillas son pequeñas y no deben quedar en profundidad. Se utilizan dosis bajas, que dependiendo de la especie varían entre 3 y 5 kg/ha.

Estos cultivos normalmente se incluirán en un sistema de rotación con otras especies, de modo de evitar la repetición del mismo cultivo en dos años seguidos. En la zona, se combinará el uso de brassicas forrajeras con cereales (avena, cebada, etc.) y praderas de rotación corta, como es el caso de trébol rosado y algunas ballicas anuales o bianuales. La selección de sectores de cultivo debe considerar aspectos de pendiente (suelos arables) y de menor susceptibilidad a la erosión, especialmente eólica. La fecha de siembra coincide con la época de fuertes vientos en la Patagonia. Habitualmente se usan terrenos de praderas cuyo rendimiento ha decaído con el tiempo. Estos cultivos requerirán entonces de una adecuada fertilización, de modo de poder sustentar los altos rendimientos que logran en la temporada. Las deficiencias más comunes en la Zona Intermedia de Aysén son el nitrógeno y el azufre, además de fósforo y en menor importancia el potasio. Es conveniente chequear los niveles de nutrientes del suelo para ajustar la fertilización en cada caso particular. En zonas de suelos más ácidos (bajo 5,5) no ha sido en general muy significativo la respuesta al encalado, transformándose en cultivos relativamente tolerantes a la acidez. Con niveles excesivos de acidez, inferiores a pH 5,5, será conveniente el uso de encalado de corrección. En ciertos sectores de Aysén se ha detectado niveles críticos de boro, un micronutriente que causa algunos trastornos metabólicos en las brassicas, y cuyo efecto se observa habitualmente en el interior

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de las raíces, con cavidades y tejidos necróticos de color oscuro. En estos casos se corrige fácilmente con aplicaciones de boro al cultivo.

Elección de especie y cultivar

Existen varias especies de brassicas forrajeras, pero las que se estudian para fines de producción de etanol son el nabo forrajero y la rutabaga. Ambas especies han tenido excelente adaptación a las condiciones de clima y suelo de la Región de Aysén y demuestran una gran resistencia al clima frío. Dentro de cada especie hay diferentes cultivares o variedades, las que se distinguen especialmente en términos de precocidad. Por ejemplo, hay nabos forrajeros precoces, que pueden estar listos para su consumo o cosecha en 90 días y otros que son más tardíos, con sobre 120 días de siembra a cosecha. Las rutabagas tienen un período vegetativo más prolongado, que puede superar los 180 días en algunos casos. Esta característica es muy relevante a la hora de planificar la temporada de cosecha y por ende, el período en que pudiera haber abastecimiento para una eventual planta de procesamiento. Diferentes especies y variedades permiten entonces combinar para lograr un período de producción que pudiera iniciarse en el mes de marzo y finalizar tan tarde como septiembre u octubre. Experiencias en la región de Aysén, han demostrado que las raíces de nabos tardíos y rutabagas pueden pasar el invierno sin sufrir muchas pérdidas, ayudado por las bajas temperaturas reinantes. Ello permite mantener las raíces en terreno y realizar cosechas graduales según requerimiento.

Rendimientos

Las brassicas forrajeras son plantas que permiten obtener muy altos rendimientos por unidad de superficie. Los nabos forrajeros y rutabagas se siembran tradicionalmente para contar con recursos alimenticios para el ganado en los períodos de otoño e invierno. Para fines bioenergéticos, la fecha de utilización será similar y se combinará el uso animal con la generación de bioetanol.

Los rendimientos de las brassicas de raíz pueden variar ampliamente de acuerdo a múltiples factores, pero generalmente fluctuará entre los 12.000 y 16.000 kg de materia seca por hectárea, como producción total. Con un contenido promedio de 10% de materia seca, esto puede significar entre 120 a 160 toneladas de forraje fresco por hectárea. Dependiendo de la condición del cultivo, la época del año, etc., la proporción de raíces puede fluctuar entre 40-60% del rendimiento total, es decir entre 4,8 a casi 10 t MS/ha. El resto corresponderá a hojas, las que son consumidas íntegramente por el ganado.

Figura 5. Proceso de siembra de brassicas (izquierda), cultivo en desarrollo (centro) y raíces en la nieve en invierno (derecha).

Cosecha

La cosecha para consumo animal se realiza en forma de pastoreo directo, habitualmente utilizando franjas delimitadas con cerco eléctrico, de modo de ir consumiendo gradualmente el cultivo y provocando el menor daño posible a éste y asegurando un buen porcentaje de utilización.

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Si el destino del cultivo es para ser llevado a una planta de procesamiento, es necesario cosechar las raíces. Para ello hay diferentes alternativas, que van desde el arranque manual, hasta el uso de maquinaria. En algunas variedades de nabos forrajeros, el arranque manual es bastante simple, ya que una proporción alta de la raíz se encuentra sobre la superficie del suelo (Figura 6). No obstante, es un trabajo laborioso y de bajo rendimiento, ya que además implica ir cortando las hojas y apilando las raíces para su posterior carguío.

Figura 6. Planta de nabo forrajero con la raíz expuesta.

Existen en el mercado diferentes modelos de máquinas cosechadoras para este tipo de plantas, que realizan la labor con alta velocidad y eficiencia, separando las raíces de las hojas y descargándolas hacia tolvas de camiones o carros de arrastre que las llevan a lugares de acopio (Figura 7). Las hojas quedan en el terreno y pueden ser consumidas por el ganado, incorporadas al suelo como abono verde u otro uso.

Figura 7. Cosecha mecanizada de nabo forrajero. (Farm Bureau Photo, Oklahoma)

Una vez cosechadas, las raíces de nabos y rutabagas deben ser transportadas hacia el lugar de proceso. Debe considerarse que este es un material voluminoso y donde cerca del 90% del peso transportado corresponderá a agua.

FASE INDUSTRIAL

Una vez recibidas las raíces de nabo y/o rutabaga (materia prima) en el patio de acopio de la planta de procesamiento, éstas deben pasar por diferentes etapas o fases, las que se grafican en la figura 8.

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Para el desarrollo del proyecto que se describe, fue necesario construir una planta piloto (figura 9), que permite realizar las diferentes etapas que se describen en la figura 8, hasta obtenerse el producto final, que es el bioetanol.

Figura 9. Planta piloto para la generación de bioetanol.

Centro de Investigación INIA Tamel Aike, Chile

Figura 8. Esquema del modelo de producción combinada de biocombustible (bioetanol) y productos animales (con residuos de cultivo y subproductos de proceso industrial.

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En la planta piloto se realizan una serie de procesos, los que se pueden dividir en:

Molienda, prensado y filtrado

Éste incluye en primer término la recepción de la materia prima en la planta, donde ésta es descargada y posteriormente lavada con agua para eliminar el exceso de suelo adherido que puedan traer las raíces. Éstas luego son copiadas en bins y luego pesadas e ingresadas en un registro. Desde los bins se procede a cargar una cinta transportadora que eleva las raíces hasta un punto, donde se alimenta el molino de martillo, que procede a picar y moler el material vegetal hasta la formación de una pulpa de consistencia pastosa (Figura 10).

Figura 10. Acopio y carguío de raíces de nabo forrajero en correa transportadora.

La pulpa producida es luego bombeada hacia el punto de alimentación del filtro-prensa, el que somete a ésta a una presión de hasta 12 bar y que permite extraer la fracción líquida de la pulpa (figura 11). Este jugo o filtrado contiene gran parte de los azúcares solubles de la planta y será la materia prima para el proceso siguiente. Es transferida desde el filtro hacia estanques o reactores, donde se acopia en espera de la fermentación. En el filtro-prensa se obtiene además el primer subproducto del proceso, el prensado o “coseta” (Figura 11). Este material queda en las placas de la máquina, desde donde es retirado y su contenido nutritivo lo hace útil para el consumo animal.

Figura 11. Proceso de molienda, prensado y filtrado. Molino de martillo y filtro de prensa (izquierda). Placa con coseta adherida

(centro) y obtención de coseta luego del proceso de filtrado y prensado (derecha).

Fermentación

En los estanques o reactores de 3000 litros, donde está acopiado el filtrado, se procede a agregar levaduras (Saccharomyces cerevisiae), las que empiezan el proceso de fermentación, donde los azúcares son transformados a etanol (Figura 12). Este proceso demora habitualmente entre 72 a 96 horas. También se usan con frecuencia agentes que favorecen la fermentación de levaduras, como el benzoato de sodio y sulfito de sodio.

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Figura 12. Reactores de fermentación en planta piloto (izquierda). Jugo o filtrado en reactor en

proceso de fermentación (derecha).

El proceso es monitoreado frecuentemente, incluso con toma de muestras para análisis con cromatografía líquida (Figura 13). Los azúcares solubles que estaban presentes en el jugo filtrado han sido consumidos durante el proceso de fermentación. El producto final de este proceso es una “cerveza” con un contenido de etanol que fluctúa habitualmente entre 2 y 3%.

Figura 13. Determinación de azúcares solubles y etanol por cromatografía líquida. INIA Tamel Aike.

Destilación

La “cerveza” así obtenida está en condiciones de entrar a la fase de destilación. Este procedimiento se lleva a cabo a través de una columna de destilación (Figura 14), la que en una altura total de nueve metros, cuenta con 21 cuerpos (unidad básica modular) y 40 platos, además de un cuerpo para el condensador y otro para el intercambiador de calor. La unidad básica modular de la columna se denomina “cuerpo”, el cual está construido en acero inoxidable. Cada cuerpo contiene dos platos y un punto de alimentación. Los cuerpo se unen o acoplan entre sí por medio de pernos. Las figuras siguientes muestran los detalles de construcción y acoplamiento de los cuerpos.La cerveza, inyectada en la columna, circula en contracorriente por esta unidad tomando el calor necesario para producir el vapor que aporta la energía para que el proceso de destilación se lleve a cabo en cada plato. Otro elemento esencial de la columna es el “condensador”, donde los vapores de etanol se recogen en forma líquida, es decir son condensados.

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Figura 14. Columna de destilación diseñada para planta piloto (izquierda). Conjunto de intercambiador de calor en la base de la

columna (centro). Control rutinario de niveles de alcohol mediante refractometría (derecha).

La columna descrita se opera con dos secciones. En primer lugar existe un segmento “destrozador”, que se ubica entre los platos 20 a 40 (numerados de arriba hacia abajo). La segunda sección es el segmento “rectificador”, que se encuentra entre los platos 19 a 1. La gradiente de temperatura que se genera fluctúa entre 95 a 74 ºC. El caudal de alimentación de cerveza hacia la columna experimental es de 0,5 - 1,2 litros/min, generándose una producción de bioetanol de 2 litros/h (etanol 70%). En una cerveza diluida, como la que se procesa en este caso, el caudal de líquido descendente es mayoritario respecto al flujo ascendente de vapor, rico en etanol.

El etanol al 70%, que aún contiene demasiada agua, debe ser concentrado, lo que se logra a través de una segunda destilación o rectificación. Similar a lo que ocurre en el caso de la primera destilación (cerveza a aguardiente 70°), para la rectificación se opera la columna con dos secciones. La primera es el segmento destrozador, que comprende los platos 36 a 40 y luego está el segmento rectificador (más largo en este caso), que involucra los platos 35 a 1. La gradiente de temperatura es de 72-73 °C, el caudal de alimentación de 0,05 - 0,1 litro/minuto, mientras que la producción de bioetanol es de 1 a 2 litros/h.

En cada plato, la fracción de vapor se enriquece en vapor de etanol hasta llegar al límite físico puesto por el diseño de la columna y las característica fisicoquímicas de la mezcla etanol:agua, ya que forma un azeotropo. Esto significa que a cierta estequiometria, ambos compuestos (agua y etanol) destilan por partes iguales a una temperatura dada (se comportan como un líquido puro).

En el proceso de destilación y rectificación se genera un remanente líquido, libre de etanol, que se denomina vinaza. Ésta se acumula en un estanque o laguna exterior. Si bien está constituida principalmente por agua, tiene componentes nutritivos, que la hacen potencialmente interesante de ser aplicada sobre cultivos o praderas, como aporte de fertirriego.

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MODELO DE PRODUCCIÓN

A través de diferentes experiencias realizadas, se obtuvo información de las diferentes fases que involucra la producción de materia prima y el posterior procesamiento para la generación de biocombustible.

La figura 15 resume la partición de los diferentes componentes del cultivo, en base a la experiencia obtenida en terreno. Fuera del material vegetal descartado en la cosecha (hojas), que va a pastoreo, se obtienen 2,5-5 t de pulpa o coseta, que también se utiliza como suplemento en raciones de rumiantes. Los resultados de diferentes ciclos de procesamiento dieron como promedio un rendimiento que puede extrapolarse a valores de 0,65-1,3 m3 de bioetanol por hectárea de cultivo. El principal determinante de este rango es el rendimiento de raíces obtenido a nivel de campo.

Figura 15. Partición de la producción de una planta de brassica forrajera para uso mixtoen producción de bioetanol y consumo animal.

Considerando diferentes escenarios de rendimiento de los cultivos, se puede estimar la producción de cada componente, como se ejemplifica en el cuadro 1. En este cuadro se consideran las diferentes fases y los productos intermedios que se pueden lograr en cada escenario.

Recientemente se han realizado algunas pruebas con remolacha azucarera como materia prima, con rendimientos de bioetanol muy superiores a los reportados para nabo o rutabaga. Es posible obtener rendimientos entre 1-1,5 veces más altos al utilizar este cultivo, el que aún se encuentra en fases preliminares de prueba.

En cuanto a la producción animal factible de obtener en un sistema mixto de manejo, uno de los componentes que debía ser probado era el uso de pulpa o coseta en las raciones. La coseta tiene un contenido de energía metabolizable en promedio de 2,99 Mcal/kg), proteína cruda de 12,2%, fibra detergente neutro de 33,9% y 9,4% de cenizas.

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Producción cultivo

bajo normal alto

Raíces kg MS/ha 4.800 7.000 9.600

Hojas kg MS/ha 7.200 7.000 6.400

Pulpa kg MS/ha 2.522 3.678 5.045

Filtrado litros/ha 29.298 42.726 58.596

Fermentado (2,7+%) litros/ha 27.107 39.532 54.215

Bioetanol 70% litros/ha 908 1.325 1.817

Bioetanol 96% litros/ha 650 948 1.300

Cuadro 1. Producción de diferentes componentes y productos intermedios en el modelo de producción mixta de biocombustible en

base a brassicas forrajeras.

Figura 16. Uso de pulpa húmeda o coseta en raciones de rumiantes.

El contenido de materia seca de la pulpa húmeda es de alrededor de 12% (tal cual se agregó en las dietas).Los animales fueron alimentados en base a forrajes como heno y ensilaje, con adiciones de entre 25-50% de la dieta diaria. En base a los antecedentes experimentales, es posible realizar algunas estimaciones de producción animal, las que se indican en el cuadro 2. Ellas se basan en un supuesto de la alimentación de novillos de 350 kg de peso vivo, por 180 días en el año y con un 50% de la dieta obtenido a partir de hojas/coseta de brassica.

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Rendimiento cultivo

Bajo Normal alto

Forra je (hojas + pulpa) kg MS/ha 9.722 10.678 11.445

Consumo para 0,8 kg/d ganancia de peso

kg MS/d 5,25 5,25 5,25

Días alimentación D 1.852 2.034 2.180

N° animales n/180 d 10,3 11,3 12,1

kg peso vivo ganado kg /180 d 1.481 1.627 1.744

Cuadro 2. Producción animal a partir de residuos y subproductos de brassicas forrajeras en un sistema mixto para la generación de bioetanol y producción de carne, con tres escenarios de rendimiento del cultivo.

De acuerdo a este ejemplo, en 1 hectárea de brassicas forrajeras (nabo o rutabaga), sería posible generar entre 1.480 a 1.740 kg de peso vivo, lo que es adicional a los 650-1.300 litros de bioetanol señalados en el cuadro 1.

Otro componente del modelo es la producción de vinaza, un elemento líquido que es el subproducto del proceso de destilación. Es fundamentalmente agua, pero con un contenido de diferentes nutrientes, que tiene un potencial uso como fertirrigación. Análisis realizados a la vinaza producida en la planta piloto arrojó valores de concentración de nitrógeno, fósforo, azufre y potasio de 0,37; 0,19; 0,61; y 1,45 g/litro, respectivamente.

De acuerdo a lo anterior, al aplicar 100 m3 de vinaza, por ejemplo sobre una pradera, se estarían aportando cerca de 36 kg de N/ha, 19 kg de P/ha, 61 kg de S/ha y 144 kg de K/ha. Todos los valores anteriores son de significancia para la producción agrícola y pudiera llegar a remplazar parcial o totalmente la aplicación de fertilizantes comerciales. Se están realizando experiencias de efectos de uso de vinazas a nivel de laboratorio, que arrojarán antecedentes más concretos a futuro.

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APLICACIONES

Finalmente, a través de este proyecto se ha validado el uso del biocombustible en su uso final, es decir en la aplicación práctica. Para ello se contó con un vehículo equipado con un motor tipo flex-fuel, el que puede ser alimentado con alcohol o con gasolina indistintamente. Se están realizando pruebas y demostraciones con este vehículo en la ciudad de Coyhaique. También se realizó una prueba de instalación de un kit de adaptación en un vehículo usado con motor bencinero, que le permite ser fácilmente transformado en etanolero (figura 17).

Figura 17. Aplicaciones de bioetanol como combustible para vehículos. Camioneta flex-fuel (izquierda) y kit de transformación de

motores bencineros convencionales a etanol (derecha).

Otro uso alternativo del etanol es para calefacción. Para ello existen en el mercado diferentes modelos de estufas, muchas de ellas de diseños avanzados y modernos. En el caso de este proyecto se está probando la adaptación de quemadores de bioetanol en estufas convencionales tipo combustión de doble cámara, como alternativa de transformación de combustible. Es un área que debe ser explorada e investigada a futuro (figura 18).

Figura 18. Uso de bioetanol como combustible para calefacción.

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IMPACTOS POSIBLES

En base a la información recopilada en el proyecto, es posible realizar estimaciones del impacto que pudiera tener la aplicación de un modelo como el descrito, a una escala local en una región. Los escenarios posibles de analizar son múltiples, pero en el cuadro 3 se resume uno de ellos, que implica el destino de una superficie de sólo 5.000 ha de nabos/rutabagas, o bien de 2.000 ha de remolacha.

Considerando rendimientos esperables y con ello la partición observada de la producción primaria y su transformación ulterior, se llega a más de 5 millones de litros de etanol con la primera alternativa y de sobre 8 millones de litros en el caso de la remolacha (cuadro 3).

Brassica Remolacha

Superficie cultivada (ha) 5.000 2.000

raíces (t/ha) 75 90

total t fresco raíces 375.000 180.000

total t coseta producida (12%) 22.585 15.188

bioetanol por t materia fresca (l/t)

13,54 46

volumen bioetanol producido (96%) (l)

5.077.500 8.226.000

Bioetanol por hectárea (l/ha) 96%

1.016 4.113

Cuadro 3. Dos escenarios de producción de bioetanol a partir de brassicas forrajeras o remolacha.

Con las producciones señaladas, se puede abastecer entre 2.250 - 3.650 vehículos que se abastezcan en un 100% de etanol (E100), o 10 veces más si se considera como un aditivo a razón de 10%, es decir E10. En una ciudad como Coyhaique, donde el parque automotriz total puede acercarse a unos 15-18-000 vehículos, estas cifras son altamente significativas, sobre todo si se considera que sólo una fracción de ellos son bencineros (factibles de usar etanol). En términos del uso como combustible, el impacto es aún mayor, ya que se podría abastecer entre 8.000 a más de 13.000 hogares, es decir casi la totalidad de la población de una ciudad como Coyhaique (cuadro 4). Adicionalmente no hay que olvidar el producto animal co-generado, que equivale a un rango de 27.000 a 40.000 unidades animales que se pueden alimentar.

Brassica Remolacha

Bioetanol permitiría:

Combustible E100 para vehículos (Considera 18.000 km/año). N° de vehículos abastecidos.

2.257 3.656

o bien: Combustible para calefacción (considera 210 días de uso; 3 l/d; 5-6 horas calefacción). N° de hogares con bioetanol.

8.060 13.057

N° personas (4/hogar) 32.238 52.229

Suplemento animal (coseta; 25% de la dieta diaria, por 180 días). N° de UA que se alimentan

40.152 27.000

Cuadro 4. Impactos del uso de biocombustible (bioetanol) en el modelo sugerido.

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COMENTARIOS FINALES

Según los resultados obtenidos en el proyecto y las estimaciones y proyecciones realizadas, es posible concluir lo siguiente:

• Los cultivos forrajeros pueden producir biocombustible líquido a niveles interesantes de explorar económicamente.

• Los rendimientos explorados varían entre 650-1.300 l/ha con brassicas y pudieran superar 4.000 l/ha con remolacha.

• La remolacha debe ser evaluada como alternativa productiva y hay aun que dilucidar factores de manejo en la zona. Otras opciones pueden agregarse.

• 72-76% de la materia seca producida va a consumo animal (subproductos) • La viabilidad económica está íntimamente ligada a uso de subproductos (pueden ser más significativos

que el etanol en si): considerar el modelo como un todo (ganadería).• El uso de vinazas debe ser profundizado. Es una fuente fertilizante de interés.• Se ha demostrado el uso local de bioetanol con aplicaciones en motores de combustión y en

calefacción, junto con el uso de subproductos con sistemas prácticos.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece el apoyo financiero recibido de Innova Chile (Corfo) a través del proyecto “Diversificación de la matriz energética con un modelo local de desarrollo agroenergético basado en bioetanol a partir de nabo forrajero”, y al Ministerio de Agricultura, a través del financiamiento de parte de la infraestructura y equipamiento. Se reconoce también en forma especial el apoyo recibido por el

senador Sr. Antonio Horvath durante todo el desarrollo del programa.

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EXPANSIÓN DE LA FRONTERA AGRÍCOLA MEDIANTE LA ADAPTACIÓN Y VALIDACIÓNDE JATROPHA EN CHILE

Manuel PanequeLaboratorio Bioenergía y Biotecnología Ambiental

Facultad de Ciencias. Agronómicas. Universidad de Chile, Santiago, Chile [email protected]

RESUMEN

Chile necesita diversificar su matriz energética, tanto por razones ambientales como estratégicas, entre las opciones posibles, el área de los biocombustibles representa una oportunidad de revalorizar sectores agrícolas actualmente deprimidos, especialmente en la zona norte del país. Estos nuevos sistemas deberán responder a los requerimientos que tendrá la nueva industria energética: ser compatibles con los objetivos ambientales del país e idealmente aprovechar agro-ecosistemas actualmente degradados o subutilizados. La producción de biodiésel a partir del aceite de Jatropha curcas, está llamado a ser la nueva alternativa energética. Para ello se establecieron parcelas experimentales ubicadas en diferentes condiciones agroclimáticas, entre la II y VIII Región. Se evalúo adaptabilidad del cultivo y comportamiento de materia genético salvaje de semillas de jatropha no toxica, durante dos años, lo que permitió la selección de ecotipos adaptados a diferentes condiciones agroclimáticas. La Región de Ovalle es la de mejor actitud agroclimática, mientras que la Región de Antofagasta se perfila como el territorio con mayor disponibilidad de tierras para cultivar la oleaginosa.

INTRODUCCIÓN

Jatropha curcas L. es considerada una materia prima de gran potencial para la producción de bioenergía, pero faltan conocimientos básicos referente a la tecnología agronómica e industrial. A pesar de eso, hay registros de más de 41 proyectos sobre Jatropha en America Latina, 97 en África, y 104 en Asia, componiendo una considerable área ya plantada con cultivos, estimados en cerca de 5 millones de hectáreas. La industria mundial de la Jatropha está dominada por el apoyo de programas de gobiernos y un pequeño número por transnacionales de capital privado. Sin embargo, se observa una tendencia de las principales compañías petroleras y los conglomerados de la energía entrar en el campo con planes de inversiones a gran escala.

El esfuerzo del gobierno de Chile en el tema de la Jatropha contempla el financiamiento de programas de investigación para la introducción y adaptación del cultivo. El Programa Jatropha que desarrolla la Universidad de Chile pretende además, de la selección de clones elites, la identificación de la base genética, y definición de tecnología agronómica, la valorización de sus residuos y co-productos.

La estrategia utilizada para la obtención de esos resultados está centrada en las acciones que están siendo desarrolladas y que se resumen en (a) ampliación adecuada de la red de investigación y desarrollo, considerando socios estratégicos de la red pública y privada; (b) alineamiento a políticas públicas, con soporte de resultados de investigación y desarrollo; (c) acuerdos de cooperación público-privado, en investigación técnico-científica y en arreglos productivos sostenibles.

CARACTERÍSTICAS Y POTENCIAL DE LA JATROPHA

Jatropha curcas L. es una especie perenne, monoica y que pertenece a la familia de las Euforbiáceas, la misma del higuerilla (Ricinus communis), yuca (Manihot esculenta) y caucho (Hevea brasiliensis). Se cree que la Jatropha es originaria de América Céntral (Schultes, 1987; Pascual y Correal, 1992).

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Es un arbusto de crecimiento rápido, caducifolio -según la latitud donde se encuentre la plantación-, puede alcanzar más de 5 m de altura. Los frutos son del tipo cápsula ovoide, con 1,5 a 3,0 cm de diámetro, trilocular, conteniendo generalmente 3 semillas, siendo una semilla por lóculo (Dehgan y Webster, 1979; Singh et al., 2006;). Las semillas tienen de 1,5 a 2,0 cm de largo y de 1 a 1,3 cm de ancho, presentan una proporción de aceite que varía entre un 33 y 38%, y representa entre 53 a 79% del peso del fruto (Saturnino et al., 2005; Peixoto, 1973). Cuando es plantada en el principio de la estación lluviosa, la Jatropha inicia la producción de frutos el primer año de cultivo, aunque alcanza su clímax productivo a partir del 4º año, con capacidad productiva potencial de más de 40 años. De acuerdo con informaciones más actuales, la planta produce, en promedio, 100, 500, 2.000 y 4.000 g/planta de semillas en el 1º, 2º, 3º y 4º año de cultivo, respectivamente (Tominaga et al., 2007). Dependiendo de la distancia de plantación, la productividad puede pasar de los 6.000 kg/ha de semillas por cosecha. Con esta productividad es posible producir más de 2.000 kg/ha de aceite. Sin embargo, con el mejoramiento genético y el perfeccionamiento del sistema de producción, se cree que el Jatropha puede producir por encima de 4.000 kg/ha de aceite.

La adopción del Jatropha como una cultivo potencial para producción de bioenergía se debe a algunas peculiaridades del cultivo, tales como: elevado potencial de rendimiento de semillas; cultivo perenne, no necesitando renovación anual de las plantaciones; cultivo no utilizado para alimentación, no presentando competencia con la agricultura de alimentos; los espaciamientos permiten la producción de cultivos intercalares en la fase inicial de establecimiento, permitiendo la producción de energía y alimentos en una misma área; opción potencialmente interesante para agricultura familiar; posibilidad de diversificación de las actividades agrícolas tradicionales en algunas regiones, siendo además de una alternativa de renta; un cultivo poco mecanizable y altamente dependiente de mano de obra, generando empleo en el campo.

PROBLEMAS Y RIESGOS DE LA JATROPHA

A pesar de ser considerada una planta rústica, adaptada la condiciones edafoclimáticas marginales, la Jatropha necesita de aplicación de tecnologías de cultivo (abonos, control de plagas y enfermedades, prácticas de manejo, etc.) para presentar niveles económicos de producción de frutos. La planta tolera condiciones de cultivo con bajo nivel tecnológico pero, en este caso, la productividad es baja, lo que puede inviabilizar económicamente su cultivo. En Chile aun no existen plantaciones comerciales, no conociéndose la real perspectiva de producción al cultivo. A pesar de la carencia de informaciones técnicas básicas, los cultivos vienen siendo difundidos e implementados en diversas regiones del país.

Los materiales de Jatropha plantados son genéticamente desconocidos, no existiendo aún cultivares mejorados sobre los cuales se tengan informaciones y garantías del potencial de producción, en las diversas regiones. Los sistemas de producción aún no están validados para las diversas regiones con potencial de producción, necesitándose información sobre producción de semillas, sistemas de propagación, densidades de plantaciones, sistemas de podas de formación y mantenimiento, nutrición mineral y abono y manejo de los cultivos. Jatropha es particularmente susceptible a plagas y enfermedades y se carece de estrategias eficaces de manejo y control fitosanitario. La maduración de frutos es desuniforme, siendo necesario más de 4 cosechas anuales, lo que aumenta el coste de producción. Aún no se dispone de índices técnicos confiables y de estudios de la viabilidad económica del cultivo de la Jatropha para atender el mercado de biodiesel a corto, medio y largo plazo.

PERSPECTIVAS DE INVESTIGACIÓN

Hay una significativa oleada de utilización del Jatropha como materia prima para producción de bioenergía, en Chile y en el mundo. Se destaca como una oleaginosa promisoria para las regiones centro-norte de Chile, con perspectivas de presentar alta producción de semillas y aceite por unidad de área, siendo necesario acelerar al máximo la formación de un consenso técnico-científico y empresarial acerca del cultivo.

El gobierno de Chile ha financiado tres proyectos para la ejecución de acciones de investigación con el

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propósito de desarrollar y validar tecnologías de cultivo de la Jatropha, en lo que se refiere a producción de semillas y podas, nutrición mineral, espaciamientos, control de plagas y enfermedades y manejo de los cultivos. Dos de estos proyectos son de carácter regional y fueron ejecutados por la Universidad de Tarapacá (XV Región) y el INIA-Centro Regional Intihuasi (IV Región), y uno de carácter nacional desarrollado por la Universidad de Chile (entre la II y VIII Región).

Figura 1. Ubicación de las parcelas experimentales de Jatropha curcas en Chile, e imágenes del estado de las plantas en las distintas

parcelas.

La Universidad de Chile trabaja en una colección base de germoplasma de Jatropha, con accesos de clones elites originarios de diversos países, e incluye genotipos tóxicos y no tóxicos. También, desarrolla acciones para dar soporte técnico-científico a la caracterización botánica y molecular de especies y cultivares de Jatropha spp., y acortar la obtención de una genética mejorada. La colección caracterizada y normalizada servirá de base para los programas de mejoramiento genético de los cultivos en Chile. En este sentido se trabaja en técnicas para la propagación in vitro, mejoramiento genético tradicional y no tradicional e hibridación intraespecifica del genero jatropha.

Siendo la Jatropha un cultivo perenne, se estima que serán necesarios entre 3 a 5 años para que se tengan los primeros cultivares mejorados e informaciones basadas científicamente sobre el sistema de producción de los cultivos para las diversas regiones de Chile donde es un potencial cultivo comercial. Parte considerable de este esfuerzo de caracterización fenotípica servirá también para sostener una estrategia genómica, como medida auxiliar del programa de mejoramiento asistido por marcadores moleculares.

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Figura 2. Zonas potenciales para el cultivo de Jatropha curcas en Chile.

La Universidad de Chile se ha involucrado, estimulado y participado de la formación de redes de instituciones y del desarrollo de proyectos de investigación, entendiendo que en esta forma de actuación se encuentran oportunidades que permiten perfeccionar y potencializar la capacidad de generación del conocimiento técnico y científico de forma organizada.

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ZONIFICACIÓN DE JATROPHA EN CHILE

Para la zonificación agroclimática de jatropha en Chile, entre las regiones de Antofagasta y del Biobío, se utilizo la metodología establecida por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, (FAO, 1997) y se consideraron variables climáticas, edáficas y de usos de suelo para evaluar los territorios que presentan mayores posibilidades para la producción. Entre las variables consideradas críticas para la adaptación y desarrollo se jatropha, se trabajó con los días-grados, temperatura media del mes más frío y más cálido, precipitación media mensual y evapotranspiración potencial (Labra, 2009; Vásquez, 2009).Los resultados (Figura 2) demuestran que en total 2.833.984 ha están disponibles para la producción de jatropha, de éstas 1.318.906 (46,5%) son territorios evaluados como muy aptos para su adaptación, considerando restricciones térmicas, hídricas y usos de suelo, 240.023 (8,5%) como aptas y 1.275.055 (45%) como marginales (Labra, 2009; Vásquez, 2009).

Las regiones de la zona norte (Antofagasta, Atacama y Coquimbo) cuentan con la mayor cantidad de tierra disponible, y muy apta para la producción de jatropha, con 1.230.724 ha en conjunto (Cuadro 1). Así como, la región de Antofagasta es la que posee mayor cantidad de ha a disposición para el cultivo de jatropha, con 1.163.146 ha, aunque el 54% es catalogada como marginales.

Sin embargo, las regiones Metropolitana y del Biobío son las que poseen menor cantidad de tierra habilitada para la producción de jatropha, en conjunto ambas regiones sólo disponen de 99.140 ha (Cuadro 1). Inclusive en la región del Biobío no existen territorios considerados como muy aptos, y sólo 10.366 ha están categorizadas como aptas. La región Metropolitana, a pesar de tener menor cantidad de tierra disponible, existen tierras catalogadas como muy aptas y aptas, siendo más factible la producción que en la región del Biobío.

POTENCIAL DE EXPANSIÓN DEL CULTIVO

Según proyecciones de la Comisión Nacional de Energía, Chile requerirá de 10.890.000 m3 de diesel al año 2019 para suplir la creciente demanda energética del país (CNE, 2009). Debido a este aumento en el consumo se ha hecho necesario buscar alternativas que permitan disminuir la dependencia energética de Chile de las importaciones de los combustibles fósiles, se importa alrededor de 98% de petróleo diesel y 60% del gas natural (CNE, 2010).

Regiones Categoría

Muy Apta Apta Marginal Total

Antofagasta 502.515 30.268 630.363 1.163.146

Atacama 497.514 6.051 206.480 710.045

Coquimbo 230.695 38.269 33.403 302.367

Valparaíso 38.107 31.077 10.462 79.646

Metropolitana 3.373 22.256 10.660 36.289

O’Higgins 39.975 55.601 153.692 249.268

Maule 6.727 46.135 177.510 230.372

Biobío 0 10.366 52.485 62.851

Total 1.318.906 240.023 1.275.055 2.833.984

Cuadro 1. Estimación de la superficie (ha) que presenta niveles de aptitud climática (hídricas y climáticas) para el establecimiento del cultivo de Jatropha entre las regiones de Antofagasta y Biobío (Labra, 2009; Vásquez, 2009).

En Chile no existe ninguna normativa que obligue el uso de diesel en mezcla con biodiesel, aunque durante el año 2008 el Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción publicó el decreto N° 11 donde se autoriza la mezcla de diesel con 2 y 5%, pero no es vinculante, por lo que sigue siendo una alternativa a la demanda por combustibles.

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Jatropha se presenta como una alternativa real para la producción de semillas para aceite, el que es susceptible de transformarse en biodiesel. Las semillas de jatropha poseen entre 28 y 50% de aceite en su composición (Pramanik, 2003; Román et al., 2009), el que tiene una densidad de 0,933 g cm-3 (Pramanik, 2003). En la actualidad no existen variedades para cultivos, por lo que se emplean ecotipos silvestres en su producción (Achten et al., 2008). Al utilizar ecotipos silvestres, es muy variable la productividad que puede alcanzar, la que oscila entre 2 y 4 kg semillas árbol-1 (Gour, 2006), o 12.000 kg semillas ha-1 año-1 (Openshaw, 2000; Achten et al., 2008). Las densidades de plantación más comunes oscilan entre 1.100 y 3.300 árboles ha-1 (Openshaw, 2000; Román et al., 2009).

Considerando las características de productividad que posee jatropha y los porcentajes de sustitución más comunes -de diesel por biodiésel (2, 5 y 10%), se confeccionaron diferentes escenarios, donde se mezclan el contenido de aceite, la productividad -por árbol- y la densidad de plantación, de esta manera se obtuvo cuatro escenarios diferentes (Cuadro 2).

Al ser jatropha una especie sin cultivares, es difícil estimar las productividades que puede alcanzar, en el Cuadro 2, se observa la demanda de tierra que sería necesaria para abastecer la demanda proyectada de diesel desde el año 2012 hasta el 2019 en Chile. Al evaluar una sustitución del 2%, y en el peor escenario posible (2 kg de semillas y 28% de aceite) se requerirán 101.034 ha para suplir el 2% de demanda, según el Cuadro 1, en Chile no habrían inconvenientes para abastecer esta demanda, ya que el total de tierras disponible supera con creces la cantidad necesaria de tierra para lograr ese porcentaje de sustitución. Con el escenario más favorable (4 kg de semillas y 50% de aceite) se podría sin inconvenientes emplear sólo la tierra disponible en la región Metropolitana, ya que serán necesarias 28.289 ha, mientras que habrían 36.289 ha disponibles, claro serían tierras catalogadas como muy aptas, aptas y marginales.

2500 árboles 2 kg de semillas

Año28% aceite 50% aceite

2% 5% 10% 2% 5% 10%2012 101.034 252.585 505.169 56.579 141.447 282.8952013 106.382 265.954 531.909 59.574 148.934 297.8692014 111.354 278.386 556.772 62.358 155.896 311.7922015 117.227 293.067 586.135 65.647 164.118 328.2352016 123.745 309.363 618.727 69.297 173.243 346.4872017 130.469 326.173 652.347 73.063 182.657 365.3142018 137.624 344.060 688.120 77.069 192.674 385.3472019 145.180 362.949 725.898 81.301 203.251 406.503

2500 árboles 4 kg de semillas

Año28% aceite 50% aceite

2% 5% 10% 2% 5% 10%2012 50.517 126.292 252.585 28.289 70.724 141.4472013 53.191 132.977 265.954 29.787 74.467 148.9342014 55.677 139.193 278.386 31.179 77.948 155.8962015 58.613 146.534 293.067 32.824 82.059 164.1182016 61.873 154.682 309.363 34.649 86.622 173.2432017 65.235 163.087 326.173 36.531 91.329 182.6572018 68.812 172.030 344.060 38.535 96.337 192.6742019 72.590 181.474 362.949 40.650 101.626 203.251

Cuadro 2. Demanda proyectada de tierra para suplir la demanda proyectada de diesel, considerando 2, 5 y 10% de sustitución y una densidad de plantación de 2.500 árboles ha-1 (Roman et al 2012).

De todos modos, además de evaluar el territorio disponible para la producción de biodiesel, también es necesario evaluar el lugar donde se produce, ya que lo más conveniente es que la biorefinería sea abastecida por materias primas que se no se encuentren a más de 80 km a la redonda (Ekşioğlu et al., 2009; Luo et al., 2010), por lo que sería imprescindible la producción a nivel regional de biodiesel.

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CONCLUSIONES

Chile dispone de áreas con aptitud agroclimática que favorecen el desarrollo y producción de la Jatropha. El mejoramiento genético y la domesticación de Jatropha la convertirá en un proyecto económicamente viable. Por su impacto ambiental positivo, Jatropha se transformará en un proyecto sostenible. El crecimiento del mercado global de biodiesel y de biocombustibles es seguro.

BIBLIOGRAFIA

Schultes, R.E. 1987. Botanical Journal of the Linnean Society 94(1-2): 79-95.

Labra, F. 2009. Zonificación agroecológica preliminar para el establecimiento de áreas potenciales de cultivo de Jatropha curcas L. con fines bioenergéticos entre las regiones de Antofagasta y Valparaíso. Memoria Ingeniero en Recursos Naturales Renovables, Facultad de Ciencias Agronómicas, Universidad de Chile. Santiago, Chile. 138 pp. Tutor: Manuel Paneque y Andrés de la Fuente

Pascual, M.J. y E. Correal. 1992. La familia Euphorbiaceae como fuente de aceites vegetales para la industria tecnoquímica. Grasas y Aceites 43(1): 39-44.

Dehgan, B. y G.L. Webster. 1979. Morphology and infrageneric relationships of the genus Jatropha (Euphorbiaceae). Volume 74. University of California Press, United States. 73 pp.

Singh, L., S.S. Bargali y S.L. Swamy. 2006. Production practices and post-harvest management in Jatropha. Pp. 252-267. In: B. Singh, R. Swaminathan y V. Ponraj (eds). Proceedings of the biodiesel conference toward energy independence – focus on Jatropha. Rashtrapati Nilayam, Hyderabad, India, June 9-10, 2006. New Delhi, India.

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PLAN DE ACCIÓN PARA LAS BIOENERGÍAS EN CHILE

Verónica Martínez y Viviana HuertaCentro de Energías Renovables (Corfo, Chile)

NECESIDAD DEL PLAN DE ACCIÓN

El cumplimiento de la meta de crecimiento económico de un 6% anual plantea un inmenso desafío para el sector energético del país, puesto que se requiere duplicar la capacidad de generación de energía durante esta década. En este contexto, las energías renovables, y en particular la biomasa, ofrecen una alternativa de suministro interesante para diversificar la matriz y que además se encuentran en línea con los 3 ejes de la política energética del país: promover la energía a precios competitivos, asegurar el abastecimiento energético de la nación, y ser compatible con el medio ambiente. Considerando este contexto, y de modo de definir las principales líneas de acción a seguir en los siguientes años, se ha realizado un plan de acción en bioenergía para el CER (Centro de energías renovables), que se se justifica por diversas razones:

• La experiencia internacional demuestra que la biomasa puede contribuir de manera importante a la generación de energía, eléctrica o térmica, a niveles muy superiores a los 221 MW que actualmente existen en el SIC, lo que permitiría diversificar la matriz energética del país con un recurso renovable.

• Chile cuenta con un alto potencial de recursos naturales biomásicos y cuenta con vasta experiencia en agricultura y forestal, la cual podría ser aprovechada para el desarrollo de la industria bioenergética.

• Existen diversas tecnologías de conversión energética que se encuentran en una etapa plenamente comercial y están largamente probadas a nivel internacional y local, como lo son la fermentación anaeróbica y la combustión directa de la biomasa.

Sin embargo, para poder lograr un desarrollo exitoso se deben eliminar diversas barreras que limitan tal progreso como lo son la falta de una identificación del potencial técnicamente factible de utilizar, la dificultad en formar cadenas de suministros exitosas y la disponibilidad de financiamiento para este tipo de proyectos. El siguiente plan de acción contempla la elaboración de estudios que permitan levantar información relevante en todos estos aspectos y que se transformen en la base para la toma de decisiones de políticas que permitan lograr el despegue final de esta industria.

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OBJETIVO

El objetivo del plan es contar con un plan de trabajo de corto y mediano plazo que permita generar la información necesaria y las condiciones para el desarrollo de la industria de bioenergía, que permita abastecer demandas térmicas y eléctricas a toda escala.

PLAN DE ACCIÓN

El plan de acción del CER se encuentra basado en el programa de bioenergía que ha elaborado la División de Energías Renovables No Convencionales del Ministerio de Energía para el período 2011-2014. Al participar activamente de éste, el CER podrá colaborar y enriquecer los estudios que se elaboren en este marco y así poder contribuir a la toma de decisiones y desarrollo de políticas relacionadas con el desarrollo de la industria de la bioenergía. No obstante, dentro de este plan de acción también se incluyen otras actividades consideradas relevantes que pueden ser llevadas a cabo de manera independiente por el CER.

PROGRAMA DE BIOENERGÍA - MINISTERIO DE ENERGÍA

Este programa contempla una serie de actividades basadas en dos convenios firmados con el Ministerio de Medio Ambiente y Ministerio de Agricultura. A continuación, se describen los principales aspectos cubiertos en cada uno de ellos:

Convenio Ministerio de Energía - Ministerio de Medio Ambiente

El trabajo establecido en este convenio está enfocado en el desarrollo de estudios sobre sistemas de cogeneración y calefacción distrital para dos zonas con problemas importantes de contaminación del centro-sur del país. De manera de abarcar diferentes zonas climáticas, las ciudades escogidas fueron Rancagua y Aysén. Los estudios se realizarán junto a la Universidad de Concepción y abarcaran los siguientes temas:

Estudios Duración

Estudios de prefactibilidad de sistemas de cogeneración calefacción distrital en dos zonas saturadas del centro sur del país.

8 meses

Modelos de negocios que rentabilicen sistemas de calefacción distrital y cogeneración

6 meses

Evaluación del marco normativo vigente para la identificación de barreras que limiten la inversión en proyectos de cogeneración y calefacción distrital

10 meses

Diseño y propuestas de instrumentos de fomento que viabilicen la entrada de sistemas eficientes de calefacción en zonas saturadas del país

11 meses

El CER participará de estos como contraparte técnica de los estudios.

Convenio Ministerio de Energía - Ministerio de Agricultura

El día 6 de diciembre de 2011, los ministros de Agricultura y Energía, junto al director de CONAF firmaron un

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convenio marco de colaboración para el desarrollo de proyectos ERNC a partir de biomasa forestal. Durante el período 2011-2013 se realizarán una serie de estudios orientados a la determinación del potencial factible de biomasa forestal para utilizar con fines energéticos y estudiar la posibilidad de incorporar las plantaciones dendroenergéticas como oferta de materia prima en un mediano-largo plazo.

Para la realización de estos estudios, se cuenta con un presupuesto de 100 millones de pesos y los realizará la Universidad Austral. El CER actuará como contraparte técnica.

Estudios Duración

Determinar la oferta de biomasa forestal entre las regiones de Coquimbo y Magallanes

6 meses

Determinar la demanda de biomasa forestal entre las regiones de Coquimbo y Magallanes

6 meses

Elaboración de una línea base para el desarrollo de plantaciones dendroenergéticas 6 meses

Determinar el potencial energético a partir de biomasa forestal y dendroenergética entre las regiones de Coquimbo y Magallanes

6 meses

Generar información de precios y factores de mercado de la biomasa forestal 6 meses

Generar capacidades en las instituciones involucradas en el proyecto 1 mes

Otros estudios a realizar por Ministerio de Energía

Adicionalmente, el ministerio licitó en el segundo semestre del 2011 cuatro estudios que abordan distintos aspectos, en los cuales el CER actúa también como contraparte técnica. Estos son:

“Diseño de un Instrumento de Fomento para Proyectos de Biogás-Biomasa que Apunte a la Asociatividad de Tenedores de Recurso Biomásico”.

o Objetivo: Elaborar una propuesta de instrumentos factibles a ser implementado para fomentar la asociatividad de tenedores de recursos biomásicos y generar proyectos de biogás y biomasa de mayor envergadura, contribuyendo así, con la diversificación de la matriz energética.

“Revisión Normativa actual y Norma Técnica y de Seguridad para Instalaciones de Biogás en la Producción y en el Uso”.

o Objetivo: Contar con una propuesta de modificación normativa y una propuesta de normativa técnica y de seguridad en la producción y consumo para el buen desarrollo de los proyectos de biogás en Chile

“Modelos de Abastecimiento de Biomasa para Proyectos Energéticos”.

o Objetivo: Contar con propuestas de opciones de modelos de abastecimiento de insumos energéticos, técnica y económicamente factibles de implementar en el establecimiento de

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industrias energéticas basadas en biomasa provenientes del sector forestal en Chile

“Modificaciones normativas regulatorias el desarrollo de proyectos de biogás en rellenos sanitarios y plantas de tratamiento de aguas servidas”

o Objetivo: Elaborar una propuesta de modificaciones normativas regulatorias y otras que permitan superar las barreras directas o indirectas derivadas del marco normativo, regulatorio y de políticas sectoriales que afectan a los rellenos sanitarios y plantas de tratamiento de aguas servidas para un adecuado desarrollo y explotación del biogás en Chile.

Estos estudios abordan otras brechas identificadas para el desarrollo de la bioenergía, ya sean transversales como la cadena de abastecimiento o la falta de instrumentos de fomento, como algunas más específicas asociadas a ciertas fuentes en particular.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS PROPUESTAS POR EL CER

Dado que el programa del Ministerio de Energía se plantea a un nivel nacional-regional, pensando en un desarrollo a mediano plazo, y considerando además que el CER es la agencia que se encuentra cercana a la industria, se plantean ciertas actividades a realizar más en el corto plazo y de menor escala que permitirían desarrollar proyectos locales a nivel industrial, comercial o residencial que utilicen la biomasa como fuente energética primaria o secundaria. Estos proyectos tienen la ventaja de no presentar grandes barreras de abastecimiento, pero sí de falta de financiamiento y necesidad de asistencia técnica, en las cuales el CER puede colaborar activamente.

Colaboración con Ministerio de Medio Ambiente:

El primero de enero del 2012 entró en vigencia la norma primaria que regula el MP 2.5, con lo que muchas ciudades del Sur del país serán decretadas como zonas saturadas por este contaminante, generando la necesidad de iniciar un Plan de Descontaminación Atmosférico. Surge entonces una necesidad por encontrar alternativas que permitan reducir la emisión de material particulado en esas determinadas zonas y el Ministerio de Medio Ambiente ha solicitado colaboración del CER para identificar oportunidades de aplicación de sistemas ERNC para reducir la contaminación.

Dado que uno de los mayores potenciales ERNC de la zona es la biomasa, se abre una gran oportunidad de implementación de sistemas de calefacción distrital con este combustible o utilización de biodigestores para la generación eléctrica y así desplazar fuentes contaminantes.

En este sentido, el día 22 de diciembre de 2011 se firmó el Convenio Marco de Colaboración y Transferencia de Fondos entre la Subsecretaría del Medio Ambiente y el CER, con el objeto de promover de manera conjunta una estrategia para el uso de ER, mediante la introducción de modelos y sistemas térmicos eficientes y amigables con el medio ambiente, para colaborar con el mejoramiento de la calidad ambiental de zonas saturadas de nuestro país.

La primera actividad relacionada con la firma del Convenio consistió en la contratación de un servicio de consultoría para realizar el estudio de prefactibilidad técnica, económica, ambiental, institucional y social para la implementación de un proyecto de calefacción distrital y agua caliente sanitaria para la nueva macro-urbanización que se proyecta construir en el sector Escuela Agrícola en Coyhaique. El objetivo del estudio, el cual será finalizado el 30 de Octubre, es proporcionar información crítica requerida para avanzar en el

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desarrollo del proyecto. Una vez finalizada la consultoría se procederá a postular el proyecto al FNDR para la obtención de fondos para su diseño e implementación. Posteriormente y si la postulación es exitosa, se llamará a concurso público para contratar la ingeniería de detalle y ejecución del proyecto, incluyendo la etapa de operación.

Promoción de soluciones de autoabastecimiento energético

En el marco del plan regional del CER y el trabajo que se realizó con la industria a través del financiamiento de UNIDO se han identificado una serie de proyectos a nivel industrial, comercial y público que involucran sistemas a biomasa. Se propone que el CER comience a orientar a éstos de acuerdo a sus necesidades, ya sea técnicamente o a nivel de gestión o micro-gestión. Este tipo de proyectos tiene alta replicabilidad y su implementación es relativamente rápida por lo que si se logra impulsar el desarrollo de un grupo de proyectos pilotos en distintas regiones y asociados a distintas áreas productivas (lecherías, planteles avícolas, porcinos, salmoneras, etc), se estima que en un mediano plazo se podrá contar con numerosos proyectos similares.

Para conseguir financiamiento para estos proyectos, se recomienda un trabajo activo con los gobiernos regionales y municipales que cuentan con fondos para el desarrollo de la región, y asociarse con otras instituciones de presencia regional como el Consejo de Producción Limpia, que tiene identificado diversas empresas con interés de mejorar sus procesos productivos.

Apoyo directo e indirecto al desarrollo de proyectos de generación con energía renovables a nivel regional, incluyendo bioenergía

El CER está desarrollado su Programa Regional, el cual tiene como objetivos fortalecer las capacidades de los servicios públicos y del sector privado para la implementación de proyectos de energías renovables, apoyar a los servicios públicos en la identificación de oportunidades, diseño, dimensionamiento, elaboración y presentación de proyectos de ER a nivel regional, hacer recomendaciones a las autoridades locales para el fomento de las ER a nivel regional y establecer una red de trabajo y coordinación regional.

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ESPACIOS PARA LA BIOENERGÍA EN CHILE - inia.cl TALLER INTERNACIONAL SERIE ACTAS INIA Nº 47 ISSN...

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