UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO CENTRO DE GEOCIENCIAS POSGRADO EN CIENCIAS DE LA TIERRA

Materia:

INTRODUCCIÓN A LA INVESTIGACIÓN

Profesor:

DR. HARALD NORBERT BÖHNEL DR. ROMÁN PÉREZ ENRÍQUEZ MC. FERNANDO CORBO CAMARGO

Trabajo:

“POTENCIAL DE PRODUCCION DE SEMILLA DE JATROPHA CURCAS EN SINALOA”

Alumno:

López Montes Rebeca

Juriquilla, Qro. Diciembre 2008

“POTENCIAL DE PRODUCCION DE SEMILLA DE JATROPHA CURCAS EN SINALOA” RESUMEN En este trabajo se presenta a la planta “Jatropha Curcas” como una de las alternativas viables para la producción de biodiesel en nuestro país. Centrándose en la región norte del estado de Sinaloa, se analizaron cuatro genotipos de Jatropha midiendo el potencial energético de cada uno de ellos bajo tres condiciones de riego. Describiéndose las condiciones climáticas y cuidados que se deben cumplir para sembrar esta planta y así obtener el mayor numero de kilogramos de semillas por hectárea. Se presenta el método de extracción del aceite y se hace una estimación a mediano plazo de la capacidad de producción de semilla y aceite de Jatropha, en base a los resultados obtenidos en Sinaloa para cada genotipo. Y finalmente se analiza el posible mercado de demanda para la semilla como materia prima y para el biodiesel de Jatropha en los próximos años. Este trabajo se basa en los resultados obtenidos en el campo experimental de Jatropha curcas localizado en el municipio de Sinaloa de Leyva, Sinaloa, por el Centro de Validación y Transferencia de Tecnología de Sinaloa A.C.(CVTTS) y Fundación Produce Sinaloa A.C. INDICE GENERAL 1.- Introducción 2.- Características de la planta Jatropha curcas. 2.1. Características. 2.2. Condiciones climatológicas adecuadas para planta. 2.3. Ficha técnica. 2.4. Variedades del campo experimental del municipio de Sinaloa de Leyva. 3.- Método de siembra. 3.1. Siembra. 4.- Tipos de Riegos. 5.- Tipos de cuidados. 5.1. Combate de maleza y podas. 5.2. Enfermedades y plagas. 6.- Resultados de rendimiento. 6.1. Cosecha. 6.2. Rendimientos mostrados por cada genotipo de Jatropha en cada sistema de riego. 6.3. Características físicas de la semilla Jatropha curcas. 7.- Proceso de extracción de aceite. 8.- Estimaciones de producción de semilla y aceite de Jatropha a mediano plazo. 8.1. Producción de semilla de Jatropha. 8.2. Producción de aceite de Jatropha. 9.- Mercado.

10.- conclusiones 11.- Referencias. 1.- INTRODUCCIÓN México es un país de gran biodiversidad que alberga un alto número de plantas autóctonas, cuyo potencial se desconoce por la escases de estudios. Una de éstas plantas poco investigadas es el piñón o piñoncillo (Jatropha curcas L.). Esta planta es un miembro de la familia Euphorbiceae que se localiza en climas tropicales y semitropicales, originaria de América central y México fue trasladada a otros lugares del mundo durante épocas de la colonia y donde le fueron encontrados diversos usos. En la India, su cultivo había estado en manos de pequeñas productoras y hoy en día se preparan para sembrar ¡hasta 40 millones de hectáreas con Jatropha! British Petroleum tiene un proyecto experimental para producir biodiesel a partir de una plantación de 100 mil hectáreas en Indonesia y Daimler-Chrysler experimenta con tres automóviles Mercedes movidos exclusivamente con diesel de Jatropha. Chrysler se encuentra en la búsqueda de una variedad de Jatropha que pueda soportar un poco el frio y así poder sembrar en Madagascar de 10 a 20 millones de hectáreas. Si esto se logra significa que en siete años serían capaces de producir todo el combustible que Madagascar necesita, además de remesas suficientes de carburante para ser exportadas. Viendo el potencial de esta planta y siguiendo una tendencia global de buscar fuentes de energías más inofensivas al ambiente, en México el INIFAP desarrolla un programa de investigación para generar conocimientos y desarrollar tecnología de producción de materia prima para la elaboración de biodiesel a partir de diferentes especies y particularmente con Jatropha curcas. El primer objetivo de su trabajo fue identificar y cuantificar las áreas con características de altitud, precipitación, temperatura y pendiente adecuadas para el establecimiento de plantaciones de piñón en México. Los resultados de la zonificación agroecológica muestran que existen más de 6 millones de hectáreas con potencial alto y medio para el establecimiento de plantaciones de piñón, de las cuales alrededor de 2.6 millones de hectáreas son de alto potencial, con un altitud de 0 a 1000 msnm, temperaturas entre 18 y 28 ° C y una precipitación pluvial entre 600 y 1200 mm anuales. Los estados de la República Mexicana que registraron mayor superficie óptima para el cultivo de piñón fueron Sinaloa con 557,641 ha, Tamaulipas con 317,690 ha, Guerrero con 282,158 ha, Chiapas con 230,273 ha y Michoacán con una superficie de 197, 288 ha.

En los últimos años en México, se han venido realizando plantaciones piloto de varios genotipos de Jatropha cursas, para evaluar su capacidad de producción y encontrar las más adecuadas para cada región del país con alto potencial. En el caso especifico de Sinaloa, el Centro de Validación y Transferencia de Tecnología de Sinaloa A.C.(CVTTS) y Fundación Produce Sinaloa A.C. a mediados del 2007 establecieron el primer lote demostrativo ubicado en un Campo Experimental del municipio de Sinaloa de Leyva y así validar la capacidad productiva de cuatro tipos de Jatropha.

2.- CARACTERÍSTCAS DE LA PLANTA JATROPHA CURCAS 2.1. Características 1.- Altura: 4 a 8 metros de altura. 2.- Vida productiva: 45 a 50 años. 3.- Tallos: erguido y ramas gruesas. 4.- Madera del árbol: ligera. 5.- Hojas verdes: 6 a 15 cm largo y ancho. 6.- Fruto oval 30 mm. Longitud aproximadamente. 7.- Cada fruto contiene de 2 a 3 semillas. 8.- Semillas de color negro: Longitud de 17 a 20 mm. Ancho 10 a 12 mm. (fig. 1) 9.- Semillas un kilo: 1700 aproximado. 10.- Aceite de semillas: 30 a 40 % (52 % en municipio de Sinaloa de Leyva). 11.- Ramas contienen un látex blanquizco. 12.- Cinco raíces en semilla germinada. 13.- Una raíz central y cuatro pivotantes (lados). 14.- Se defolia (caída de hojas) en sequía e invierno su desarrollo queda latente. 15.- No soporta bajas temperaturas (bajo cero) prolongadas. 16.- Principales aceites: oleico y linoleico principalmente. El aceite de las semillas de Jatropha (30-40 %) puede ser transformado en biodiesel mediante el proceso de esterificación. En el caso de variedades toxicas de Jatropha, el aceite puede ser transformado en bio-pesticidas. Los subproductos en la elaboración de biodiesel con aceite de Jatropha pueden ser glicerina, fertilizantes orgánicos, entre otros que resultan de la extracción de aceite. La floración en la planta puede presentarse entre uno y dos años, pero en la zona norte de Sinaloa sucede a los ocho meses de que se ha plantado. La producción

de semilla se estabiliza a partir del cuarto al quinto año y la formación de sus flores está relacionada con el periodo de lluvias. El desarrollo del fruto toma entre 60 y 100 días desde la floración hasta la madurez de la semilla. La reproducción de frutos se detiene cuando inicia el periodo de lluvias. El desarrollo de los frutos se presenta frecuentemente disparejo y el crecimiento de los tardíos comienza hasta después de la maduración de los frutos tempranos. Las plagas y enfermedades en la planta de Jatropha en estado silvestre no representan gran problema. Sin embargo, en condiciones extensivas de monocultivo, las plagas y enfermedades pueden ser problema en el cultivo. 2.2. Condiciones climatológicas adecuadas para planta El clima para el cultivo de Jatropha debe de ser tropical o subtropical con temperatura media anual a los 24 grados centígrados, pudiendo soportar heladas leves de corta duración siempre que no sean por debajo de los cero grados centígrados. Se desarrolla en altitudes sobre el nivel del mar hasta 1200 metros preferentemente y con una precipitación pluvial desde 300 hasta 1200 mm. Anuales de lluvia. 2.3. Ficha técnica Nombre Científico: Jatropha curcas L Nombre Común: Piñón, Tempate, Piñón Botija, Piñón de leche, Coquito, Coquillo, Cotoncito. etc. Reino: Plantae Subreino: Tracheobionta División: Embryophyta Clase: Magnoliopsida Subclase: Rosidae Orden: Malpighiales Familia: Euphorbiales Subfamilia: Crotonoideae Tribu: Jatropheae Genero: Jatropha Especie: J. curcas 2.4. Variedades del campo experimental del municipio de Sinaloa de Leyva El campo experimental de Sinaloa se cuanta con la plantación de cuatro variedades de Jatropha toxicas: BIO1, BIO2, BIO3 Y BIO4. Características: Es una planta perenne, cuya vida productiva se extiende de 4550 años, es de crecimiento rápido y una altura normal de 2 a 3 metros, en condiciones especiales crece de 5 a 8 metros de altura.

El grosor del tronco es de 20 cm. con crecimiento desde la base del tallo con distintas ramas. La primera fructificación se da a los 8 meses de edad, el fruto es tipo a una nuez verde se torna amarilla y madura tomando un color oscuro. Encontrándose 3 semillas de color negro y su uso es para la producción de biodiesel. 3.- MÉTODO DE SIEMBRA En el campo experimental de Sinaloa se encuentra un lote con variedades toxicas (BIOD1, BIOD2, BIOD3 Y BIOD4), plantadas el 16 de febrero 2007. Se recomienda que para condiciones de riego y temporal se deben realizar dos pases de rastra para eliminar malezas que se encuentren en ese momento, además de realizar el planteo en las primeras lluvias del temporal o bien para riego de goteo y rodado en cualquier época del año. 3.1. Siembra La propagación se realiza mediante semillas y/o esquejes (estacas) en invernadero. La semilla, se recomienda sembrarla en vivero a finales de marzo principios de abril para que se encuentre en condiciones de realizar el trasplanté en las primeras lluvias del temporal. Las semillas para siembra deben ser obtenidas de plantas que mostraron altas producciones. El almacenamiento de las semillas no deberá exceder de 10 a 15 meses, supervisando la calidad en las semillas durante este tiempo considerando su contenido de aceite. La germinación de las semillas tiene una duración de 15 días, y puede comenzar incluso a partir del tercero al quinto día. El porcentaje de germinación oscila entre el 70 al 90 %. Las plántulas se desarrollan durante tres meses en invernadero y se encuentran listas para ser trasplantadas en campo cuando tienen una altura entre 40-50 centímetros. Para propagación de la planta en Esqueje (estacas), deben provenir de ramas blandas cuya longitud sea entre 20 y 40 cm y diámetro de 1.0 a 3.0 cm. Se plantan en bolsas de plástico de polietileno transparente 10x20 antes del temporal (2 meses) o bien si es riego goteo o rodado se realiza directamente. Los esquejes pueden plantarse también directamente en el campo cuando las condiciones de éste cultivo son favorables. La plantación en campo puede realizarse a distancia de 2x2m con una cavidad de 2500 plantas por hectárea o 3x3m para 1098 plantas. En cepas (hoyos) de 30x30 centímetros habrá que controlar la maleza durante el establecimiento de la plantación y el desarrollo inicial de las plantas. Además de las recomendaciones anteriores se sugiere aplicar estiércol durante el trasplante, en cantidad de 0.25 a 2 kilogramos por plántula seguidos de 20-30 gramos de UREA después de 30 días. La aplicación de nitrógeno (urea) propicia

la floración. Estas cantidades no son definitivas, se necesita un análisis de suelo para conocer las propiedades y fertilidad en los suelos.

4.- TIPOS DE RIEGOS A esta planta se le puede regar por medio de temporal, riego de goteo y rodado (gravedad), según los medios disponibles para ello. Para el caso de riego por goteo se recomienda mantener el bulbo húmedo o según la necesidad de la planta y para riegos por gravedad, deben aplicarse cada 15 o 20 días durante la época de secas. Para aplicar el riego por goteo y gravedad en el campo experimental de Sinaloa, se cuenta en el primer caso con un equipo de bombeo portátil. Para el riego por gravedad se tiene una pila o reservatorio que sirve para alimentar cada sistema. A continuación se presenta la cantidad de agua utilizada para cada sistema de riego durante el periodo de la primer cosecha de Jatropha en el campo experimental de Sinaloa: Lamina (mm.) total aplicada en cada sistema de riego en Jatropha Sistema

Lluvias (mm.)

R (mm.)

TOTAL (mm.)

Goteo

691

119.81

810

Gravedad

691

218.2

909.2

Temporal

691

-------

691

[1]

5.- TIPOS DE CUIDADOS Para que la planta no sufra de malezas o enfermedades principalmente a edad temprana se deben seguir ciertos lineamientos. 5.1. Combate de maleza y podas En las primeras etapas de desarrollo de la Jatropha es cuando se tiene el problema de malezas tanto de hoja ancha como angosta, se recomienda aplicar 2 litros de herbicida Faena fuerte en 200 litros de agua por hectárea o bien si es con mochila de 15 litros de agua se aplica 140 cc. del producto. La poda se realiza a 35 o 45 cm. de altura, cuando comienza el segundo periodo de lluvia que propicia el desarrollo de las ramas laterales. La poda de formación

en árboles adultos se realiza entre marzo y mayo manteniendo una altura adecuada en la planta para facilitar la cosecha. 5.2. Enfermedades y plagas La Jatropha toxica y no toxica es susceptible al hongo pudrición texana (pimathotrychum omnívora), que es un hongo que se encuentra en algunos suelos que tienen problemas de drenaje. Y la principal plaga en la Jatropha no toxicas es la mosca blanca que se presenta en las primeras etapas de su desarrollo, cuando sus hojas se encuentran muy tiernas. Para erradicar este problema se hace un control biorracional; se aplica jabón en polvo (foca) en dosis de 200 grs por hectárea en 200 litros de agua, control químico Agrimec 1.8% CE (abamectina). Lo contrario en la planta tóxica que no presenta problemas con mosca blanca, pulgones, chinches, etc. 6.- RESULTADOS DE RENDIMIENTO 6.1. Cosecha En este experimento, la primer cosecha se realizo a los 10 meses después haber sido plantada, pero este tiempo de cosecha puede modificarse de acuerdo a la fecha de planteo, condiciones climáticas y tipo de suelo. La cosecha se realiza manual, recogiendo la fruta cuando obtenga una coloración amarilla y no es recomendable esperar a que se encuentre seca la cáscara porque se cae de la planta y se hace difícil su recolección estando esparcida en el suelo. 6.2. Rendimientos mostrados por cada genotipo de Jatropha en cada sistema de riego A) Rendimientos de semilla por hectárea en goteo Cultivo

Variedad

Sistema

Rend. Por Ha.

Jatropha

Clon 2

Goteo

869 kgs

Jatropha

Clon 3

Goteo

701 kgs

Jatropha

Clon 4

Goteo

666 kgs

Jatropha

Clon 1

Goteo

660 kgs

[1] B) Rendimientos de semilla por hectárea en gravedad Cultivo Jatropha

Variedad

Sistema

Rend. Por Ha.

Clon 4

Gravedad

750 kgs

Jatropha

Clon 3

Gravedad

689 kgs

Jatropha

Clon 2

Gravedad

590 kgs

Jatropha

Clon 1

Gravedad

580 kgs

[1] C) Rendimientos de semilla por hectárea en temporal Cultivo

Variedad

Sistema

Rend. Por Ha.

Jatropha

Clon 4

Temporal

573 kgs

Jatropha

Clon 3

Temporal

525 kgs

Jatropha

Clon 2

Temporal

435 kgs

Jatropha

Clon 1

Temporal

421 kgs

[1] 6.3. Características físicas de la semilla Jatropha curcas Semilla con testa

Grano Testa

Grano

%

%

Mues tra

Longitud

Grosor

Peso

Longitud

Grosor

Peso

(mm)

(mm)

(g)

(mm)

(mm)

(g)

S1T

18.3±0.05

8.71±0.06

0.68±0.11

14.2±0.06

7.20±0.03

0.45±0.03

47.58

52.42

S2T

18.2±0.03

8.63±0.03

0.71±0.05

15.0±0.00

7.50±0.00

0.49±0.02

48.19

51.81

S3T

18.0±0.06

8.75±0.05

0.61±0.05

15.0±0.00

6.93±0.03

0.48±0.02

48.94

51.06

S4T

18.7±0.04

8.60±0.06

0.72±0.06

15.2±0.02

7.34±0.02

0.49±0.05

53.22

46.78

[1] Composición de la harina del grano de Jatropha curcas proveniente de Sinaloa. Muestra

Materia Seca %

Humedad %

Proteina (B.S) %

Aceite

S1

95.90

4.10

24.10±0.2

56.79

S2

95.17

4.83

28.45±0.25

50.29

S3

95.31

4.69

26.85±0.13

50.42

S4 95.71 4.29 [1] %= g/100 g; B.S.= % expresado en base seca

25.32±0.32

54.47

Contenido de fitatos, lectinas y taninos Muestra

Fitatos (%)a

Lectinasb

Taninos c (g/100g)

S1T

10.15

5.72

0.128

S2T

10.10

2.45

0.127

S3T

10.24

6.45

0.127

S4T

9.11

6.44

0.127

(%)a, como equivalente de ácido fítico. b , cantidad mínima de muestra capaz de producir aglutinación (mg/ml). c , equivalente a ácido tánico.

[1]

Contenido de ésteres de forbol en semillas de Jatropha curcas Ésteres de forbol (mg/g)e Muestra

e

Pico 1

Pico 2

Pico 3

Pico 4

Total

S1T

0.004

0.007

0.004

0.002

0.017

S2T

0.006

0.008

0.006

0.001

0.021

S3T

0.003

0.006

0.006

0.000

0.015

S4T

0.082

0.030

0.016

0.006

, como equivalente de 12-miristato-13-hidroxiforbol

0.132

[1]

7.- PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE. Las semillas se calientan para extraer su aceite, ya sea exponiéndolas directamente al calor de la luz solar sobre lienzos de plástico negro durante varias horas, o tostándolas durante diez minutos aproximadamente. Las semillas deben ser calentadas, no quemadas. El calentamiento rompe las células de las semillas que contienen el aceite, permitiendo que fluya fácilmente. En algunos países se realiza la extracción del aceite por prensado. El aceite de Jatropha se purifica mediante tres métodos: A) Sedimentación: Este es el método más sencillo para aclarar ó limpiar el aceite, sedimentando entre 20% y 25% de las impurezas en el volumen total de aceite crudo. Este método puede durar hasta una semana. B) Hirviendo el Aceite con Agua: La purificación del aceite mediante este método resulta mucho más rápida. Se hierve el aceite con 20% de agua aproximadamente. El hervor debe continuar hasta que el agua se haya evaporado y no se presenten burbujas de vapor. Después de algunas horas el aceite se torna transparente. C) Filtrado: Pasar el aceite crudo a través de un filtro, es un proceso muy lento que no tiene ventaja con respecto al método de sedimentación. 8.- ESTIMACION DE PRODUCCIÓN DE SEMILLA Y ACEITE DE JATROPHA A MEDIANO PLAZO. 8.1. Producción de Semilla de Jatropha

Según los estudios realizados por el INIFAP en el estado de Sinaloa se cuanta con disponibilidad de 557,641 Ha, para el cultivo de Jatropha con alto potencial de productividad. Así que tomando en cuenta estas hectáreas disponibles y la capacidad de producción de semillas por cada genotipo de Jatropha estudiado (en cada tipo de riego), se hace una estimación de capacidad de producción de semilla y de aceite en Sinaloa. Para esta estimación se considera al genotipo que mejor rendimiento tuvo, en cada tipo de riego. A continuación se hace una división por igual, para cada sistema de riego del total de Ha disponibles. TIPO DE RIEGO

GENOTIPO

Ha

Goteo

G2 = 869 kg/Ha

185,880

Gravedad

G4 = 750 kg/Ha

185,880

Temporal

G4 = 573 kg/Ha

185,880

Total

557,640

A su vez, en el sistema de goteo y por gravedad se dividen las Ha entre 12; para sembrar cada fracción en un mes del año diferente. Con esto se pretende cosechar semillas de Jatropha todos los meses del año. Para el caso del riego por temporal, se considera sembrar todas las Ha disponibles para este método durante el inicio de la época de lluvia. Considerando que empezamos a sembrar las plantas en el mes de Julio (inicio de lluvias); se prepararían 185,880 Ha para riego por temporal, 15,490 Ha por mes a partir de julio y durante los próximos 12 meses para riego por goteo y por gravedad respectivamente. Para el caso de riego por temporal y por gravedad se sembrará el genotipo número cuatro muestreado, que obtuvo un rendimiento para el primero de 573 kg y 750 kg de semilla por Ha en el segundo. Para riego por goteo se usará el genotipo número dos, que mostro un rendimiento de 869 kg de semilla por Ha. Con este estimado a partir del mes de febrero comenzaríamos a recolectar las semillas, obteniendo una cosecha aproximada de 106,509.24 Ton para riego por temporal. Y para riego por goteo y gravedad; 13,460.81 Ton y 11,617.50 Ton respectivamente, por cada mes hasta enero del siguiente año. Si almacenamos nuestra semilla de la primer cosecha a partir de la primera recolección, durante el siguiente año, tendremos una reserva de 407,448.96 Ton de semillas de Jatropha.

Producion de semilla en un año

26.14

39.64

Riego por Goteo Riego por Gravedad

34.22

Riego por Temporal

TOTAL DE SEMILLA: 407,448.96 Ton

En esta grafica, no se toma en cuenta las nuevas recolecciones de semillas que se deberán empezar a hacer de la nueva cosecha. Esta producción generará un ingreso económico de $4,000.00 por tonelada de semilla, siendo su costo de producción solo la mitad de lo que recibes por ella. Por lo tanto, la venta de la semilla te generara una ganancia del 100% sobre la inversión inicial. Además no se está considerando que después de la primer cosecha se reducen los costos de inversión, ya que solo se deberá invertir en la conservación de las plantas, su riego y en la recolección de semillas. Por lo tanto la ganancia puede ser mayor. El ingreso por la venta de estas semillas seria alrededor de $1´629´795,840.00, de lo cual la ganancia por la venta seria de $814´897,920.00 anual. 8.2. Producción de Aceite de Jatropha Según los valores obtenidos de rendimiento de las semillas de Jatropha en cada genotipo para la generación de aceite (52%), se calcula que según de la cosecha estimada se obtendrán un total de 211´873,459.20 L de aceite de Jatropha. 9.- MERCADO El informe Agricultural Outlook 2007-2016 de OECD-FAO, difundido el miércoles 4 de julio del presente año, proyecta que en los próximos años los precios internacionales de los granos se mantendrán elevados a partir del crecimiento de la demanda bioenergética. Se prevé que el consumo de aceites vegetales con destino a biodiesel prácticamente se duplique entre 2006 y 2010, al pasar de alrededor de 8,0 Millones de toneladas a 15,5 Millones de toneladas.

La producción mundial de etanol es actualmente de 50,000 millones de litros / año, mientras que la producción mundial de biodiesel es diez veces menor en volumen. La demanda mundial de biocombustibles, se estima, crecerá gradualmente a 120,000 millones de litros en el año 2017, generando una gran oportunidad de comercialización a los países con excedentes exportables a precios competitivos. Plantaciones de Jatropha en gran escala proveerían una cantidad enorme de energía renovable a partir del sol, el agua de lluvia y los elementos en suelos y aire. Además estas plantas capturan alrededor de 6.0 ton. de CO2 por hectárea durante su desarrollo. 10.- CONCLUSIONES La planta Jatropha no es un árbol milagroso para la producción de biodiesel, sin embargo, el cultivo de ella puede ser una opción muy viable en la producción de biodiesel al no interferir con la producción de productos básicos. Por consiguiente no afecta al banco mundial de alimentos. Para la producción de semilla de Jatropha, es conveniente que se lleve a cabo por cooperativas dentro de las comunidades ejidales. Esto les generaría beneficios económicos, principalmente a aquellas que se encuentran rezagadas por falta de tierras fértiles para productos alimenticios. 11.- REFERENCIA [1].- Ing. José Guadalupe Félix Moreno; Centro de Validación y Transferencia de Tecnología de Sinaloa A.C. (CVTTS) y Fundación Produce Sinaloa A.C.