2009

Red Temática de Análisis de Ciclo de Vida (CTM2007-30870-E/TECNO)

Colza y cardo para producción de bioenergía en España. ACV comparativo

I. Herrera; C. Lago; Y. Lechón y R.Sáez Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos. Departamento de Energía. Centro de Investigaciones Energéticas, Medio Ambientales y Tecnológicas Correo electrónico: [email protected]

1. Introducción

El incremento del uso de la biomasa para la producción de bioenergía y biocarburantes es una de las herramientas disponibles para la consecución de los objetivos del protocolo de Kyoto en cuanto a la reducción de emisiones de CO2, contribuyendo además a la seguridad del suministro energético y a la reducción de la dependencia energética exterior debido a su carácter autóctono. En el sector del transporte, el uso de los biocarburantes se evidencia como una alternativa fiable para conseguir reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, la producción y uso de biomasa lleva también asociadas una serie de cargas ambientales a lo largo de todo el ciclo, cuya cuantificación es necesaria para evaluar su impacto sobre el medio. En este estudio se desarrollan los ACV de las cadenas de procesos incluidas en la generación de electricidad y biocarburantes (Cultivos y procesos de transformación de la biomasa), cuantificando todas las entradas de materia y energía así como todas las emisiones de los sistemas e identificando los impactos sobre el medio ambiente.

1.1. Descripción de los sistemas estudiados Los cultivos energéticos analizados son colza y cardo (Brassica napus y Cynara cardunculus) con aprovechamiento integral para la producción de energía y biocarburantes. La colza es un cultivo que se puede utilizar como fuente de energía. Dentro del ámbito energético su uso convencional ha sido la producción de biodiesel a partir de las semillas, las cuales tienen un alto contenido en aceites [1]. Por otra parte, se puede considerar el aprovechamiento integral de la planta, destinando la paja a la producción de electricidad en una central de biomasa. El cardo es un cultivo de secano con interés también por sus posibilidades de doble vertiente como fuente de biomasa y biocarburante. Las semillas contenidas en el capítulo de la flor, que suponen un 10% del peso en materia seca, se aprovechan para la producción de biodiesel, mientras que el resto de la planta puede usarse para la producción de calor y electricidad [2].

2. Objetivo del estudio

Evaluar los aspectos más significativos de la generación de electricidad y de la producción de biocarburantes a partir de cultivos energéticos con un alto potencial para condiciones españolas.

3. ACV de los sistemas estudiados La metodología desarrollada para el análisis de los sistemas agrícolas está basada fundamentalmente en los estudios de [3], [4] y [5]. 3.1 Definición del objetivo El objetivo es llevar a cabo una evaluación ambiental comparativa de la generación de electricidad y biocarburante a partir de cultivos de colza y cardo en condiciones de secano en España. 3.2. Definición de la unidad funcional La función del sistema analizado es la producción de bioenergía, que toma como materia prima biomasa de los dos cultivos considerados. La unidad funcional considerada para este ACV se ha definido como 1 MJ de energía. 3.3 Límites de los sistemas Dentro de los límites del sistema se incluyen todos procesos implicados en la obtención de

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Red Temática de Análisis de Ciclo de Vida (CTM2007-30870-E/TECNO) electricidad y biodiesel. Quedan excluidos del análisis, los procesos y las cargas ambientales, implicados en la fabricación de los vehículos de transporte, las etapas de carga y descarga y la gestión de los envases de los insumos utilizados. Los procesos considerados en el análisis del ACV se describen en la Figura 1. Figura 1. Diagrama de los procesos implicados en el ACV comparativo

3.3 Análisis de inventario Los datos agrícolas utilizados se corresponden con datos reales de campo en España, tanto para la colza como para el cardo, para todas las labores realizadas a lo largo de los cultivos (consumo combustible en labores, fertilización, tratamientos herbicidas o cantidad de semilla aplicada). En cuanto a los procesos de transforamación de la biomasa, los escenarios creados, han sido modelizados de acuerdo con condiciones españolas y datos bibliográficos. Los datos agrícolas de los cultivos de demostración de colza en secano han sido suministrados por Acciona a partir de los datos de los agricultores de Navarra, dentro del Proyecto Singular Estratégico PSE – On_Cultivos durante la campaña 2007-2008. Los datos de cardo han sido suministrados por el Dpto. de Producción Vegetal de la ETSIA de la Universidad Politécnica de Madrid, a partir de los cultivos experimentales que han venido desarrollando en los últimos 12 años. La colza es un cultivo anual. El cardo tiene un ciclo de 11 años con un primer año de implantación del cultivo y 10 años en los que rebrota, por lo tanto existen diferencias en el manejo entre el primer año y los 10 restantes que son iguales. El inventario incluye las labores realizadas, los insumos aportados (semillas, fertilizantes y herbicidas) y el combustible consumido en las distintas labores. Las principales características de los escenarios se describen en la Tabal 1.

Tabla 1. Características de los escenarios en la fase agrícola Escenarios

Colza

Cardo (1er año)

Cardo (2º y resto de años)

Superficie recolectada (ha) Productividad semilla (kgms/ha)

6.67 3090

Parcelas exp. No se cosecha

Parcelas exp. 1100

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5738 2.91 182,05 69,75 132 1500 2.5 (Trifuralina) 0.6 (Haloxifop) 106.38

No se cosecha 4.5 45 90 45

10000 137 45 45

2.5 (Linuron) 1.5 (Dimetoato 84,16

3.0 (Dimetoato) 58,49

El análisis de electricidad, incluye las siguientes etapas de procesos: producción de biomasa (labores agrícolas), preparación y transporte de la biomasa y generación de energía [6]. En el caso de la producción de biodiesel, se ha considerado la producción de semilla, el transporte y procesamiento (extracción del aceite), la producción de biodiesel y el transporte hasta almacenamiento [7]. 3.4 Evaluación de impacto Se ha seguido el método orientado al problema con las siguientes categorías de impacto y métodos de evaluación [6] Tabla 2:

Tabla 2. Categorías de impacto y métodos de evaluación considerados en el estudio Tipo de impacto Recursos Contaminación

Categoría de impacto

Método y Unidades

Energía Fósil Calentamiento global Agotamiento capa de ozono Formación de ozono troposférico Acidificación Eutrofización

CED, 2003 [8] (MJ) IPPC 2001 [9] (kgCO2 eq) EDP, 2007 [10] (kg CFC-11 eq) EDP, 2007 [10] (kg C2H4 eq) EDP, 2007 [10] (kg SO2 eq) EDP, 2007 [10] ([kg PO4—eq)

4. Resultados y discusión Calentamiento Global. La producción de electricidad con colza presenta unas emisiones netas de CO2 de 0,0689 kg CO2eq/MJ, mayores que en el caso del cardo, cuya emisión neta es de 0,00791 kg CO2eq/MJ. Ver Figura 2. Figura 2. Calentamiento global en el aprovechamiento integral de los cultivos

En la planta de producción de biodiesel, se han computado las cargas evitadas por la producción de la glicerina evitada, y no se ha tenido en cuenta la captura de CO2 por la semilla. En este caso, es el cultivo de colza el que presenta un mayor valor de impacto. Consumo de energía fósil. En cuanto al consumo de energía fósil, existen diferencias apreciables en la producción de semillas. Esta diferencia está directamente relacionada con la proporción entre semilla y paja de la planta. En el caso de la producción de electricidad no existen diferencias significativas, pero si se observa que existe un menor consumo de energía fósil en el caso de la

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Otros impactos. Se observan resultados similares tanto en la producción de energía como en la de biodiesel. Son las etapas agrícolas las que presentan diferencias en las categorías de impacto de agotamiento capa de ozono y eutrofización, debido fundamentalmente al tipo y cantidades de fertilizantes utilizados. Figura 4. Figura 4. Otros impactos en el aprovechamiento integral de los cultivos

5. Conclusiones.

De acuerdo con los resultados obtenidos, y teniendo en cuenta, que aún es necesario profundizar en la relación entre las caracteristicas agronomicas de cada cultivo y su incidencia en las diferentes categorías de impacto, puede decirse que el cultivo del cardo para obtención de electricidad y biocarburantes, presenta algunas ventajas respecto a la colza. Por otra parte, vale la pena resaltar que se confirma el hecho de que en el caso de los cultivos energéticos, la etapa de fertilización es la que contribuye con diferencia, en la mayor parte de los impactos evaluados.

6. Referencias [1] [2] [3] [4]

Grupo para la evaluación de nuevas variedades de cultivos extensivos en España. GENVCE. 2008. Nuevas variedades de Colza de otoño en España, campaña 2006-2007. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación Fernández, J., El cultivo del cardo (Cynara crdunculus L.) para producción de biomasa. E.T.S. de Ingenieros Agrónomos (U.P.M.). Hojas divulgadoras. Num. 2130 HD. Mº de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino Nemececk, T. & Kagï, T., 2007. Life cycle inventories of Swiss and European Agriculture production Systems . Final Report. Ecoinvent V2.0 No 15a. Agroscope Reckenholz-Taenikon Reasearch Station ART, Swiss Centre for Life Cycle Inventories. Zurich and Dübendorf, CH. Audsley, E., Alber, S. Clift, R. Cowell, S., Crettaz, P., Gaillard, G., Hausheer, J., Jolliett, O., Kleijn, R., Mortersen, B., Pearce, D., Roger, E., Teulon, H., Weidema, B and van Zeijts, H., 1997, Harmonisation of

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[5]

[6] [7]

[8] [9] [10]

environmental life cycle assement for agriculture. Final Report. Available at: htpp://www.silsoe.cranfield.ac.uk/iwe/expertise/or.htm. Williams, A.G., Audsley, E. and Sandars, D.L., 2006 Determining the environmental burdens and resource use in the production of agricultural and horticultural commodities. Main Report. Defra Research Project IS0205. Bedford: Cranfield University and Defra. Available on www.silsoe.cranfield.ac.uk, and www.defra.gov.uk Herrera, I., et al., 2008. Bioelectricidad, ciclo combinado y istema mixto. Análisis comparativo ambiental adaptado a condiciones locales. Colección Documentos Ciemat. Madrid. CIEMAT/ASE/05E0221/2. I.S.B.N.: 978-84-7834-599-1. Editorial CIEMAT. Lechón, L., et al., 2006. Análisis de Ciclo de Vida de Combustibles alternativos para el Transporte. Fase II. Análisis de Ciclo de Vida Comparativo del Biodiésel y del Diésel. Energía y Cambio Climático. CIEMAT/ASE/05-E0221/2. I.S.B.N.: 84-8320-376-6. Centro de Publicaciones. Secretaría General Técnica. Ministerio de Medio Ambiente. Frischknecht R., et.al., 2003. Implementation of Life Cycle Impact Assessment Methods. Final report 2000, Swiss Centre for LCI. Duebendorf. IPCC, 2001. Climate Change 2001. Synthesis Report. Cambridge University Press. 2001 Goedkoop, M., et al., SimaPro 7.1 Tutorial. PRé Consultants. 2007

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