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GEMMA CERVANTES, MARIANA ORTEGA GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN ECOLOGÍA INDUSTRIAL, GIEI

UPIBI-‐IPN

Sede regional: DF-‐IPN

HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES

HUELLA DE CARBONO

BIOCOMBUSTIBLES

G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN

CLASIFICACION DE RECURSOS Y ENERGIAS

•  Biomasa = recurso potencialmente renovable, •  BiocombusLbles = energía potencialmente renovable

Fuente: Elaboración propia en base a Daly 1996 G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN

LEYES DE DALY PARA RECURSOS POTENCIALMENTE RENOVABLES

Fuente: Daly 1996 G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN

Para una fuente potencialmente renovable el ritmo o la tasa sostenible de explotación no puede ser mayor que la tasa de regeneración

CLASIFICACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES

Fuente: Singh Nigam 2010

Biofuels

Primary

Firewood, wood chips, pellets, animal waste, forest and crop residues, landfill

gas.

Secondary

1st generaNon

Substrate: seeds, grains or sugars.

Bioethanol or butanol by fermentaLon of starch or

sugars. Biodiesel by

tranesterificaLon of plant oils.

2nd generaNon

Substrate: lignocellulosic biomass.

Bioethanol or butanol by enzymaLc hydrolysis.

Methanol, Fischer-‐Tropsch gasoline and diesel, dimethyl ether and green diesel

by thermochemical processes. Biomethane by anaerobic digesLon.

3rd generaNon

Substrate: algae, sea weeds.

Biodiesel from algae, bioethanol from algae

and sea weeds, hydrogen from green algae and

microbes.

ConvenLonal fermentaLon technology and

transesterificaLon

1st GeneraLon routes and also thermochemical and enzymaLc

routes

Products specifically designed to improve the conversion of

biomass


Raw material is processed prior to its combusLon

COMBUSTIBLES 1ª GENERACIÓN: CULTIVOS ALIMENTARIOS


• Desventajas •  Compiten con alimentos •  No pueden susLtuir a los combusLbles

fósiles por la alta demanda de suelo

0

10

20

30

40

50

1 2

% maiz para bioetanol, US (2000/2010)

Precio de la torLlla en México subió 69% de

2005 a 2011

COMBUSTIBLES 2ª GENERACIÓN: LIGNOCELULÓSICOS


• Ventajas •  Algunos no compiten con uso de suelo

para producción de alimento (pueden usarse residuos de culLvos alimentarios)

•  Mayor eficiencia ya que se usa la planta completa y no solo las semillas.

•  Debido a la variedad de insumos se pueden usar más tecnologías diferentes

•  Muchos de los culLvos no son tan dependientes de las condiciones climáLcas como los culLvos de caña de azucar.

Desventajas •  Muchos siguen ocupando suelo para ser culLvados

•  Quitan del suelo el material orgánico que debería regresarse

COMBUSTIBLES 3ª GENERACIÓN: ALGAS


• Ventajas •  Alta producLvidad por unidad de área, más que las especies terrestres

•  No compiten por el uso de suelo agrícola ni ponen en riesgo la seguridad alimentaria. Pueden usar suelo degradado

•  No compiten por material orgánico que debe regresarse al suelo.

•  Alto contenido de lípidos, de 20–70%; •  Alto rendimiento en la producción de lípidos

por hectárea; •  Producción de subproductos valiosos; •  Posibilidad de uLlizar aguas residuales para

proveer nutrientes durante el culLvo.

Desventajas •  Proceso de producción energéLcamente intensivo.

•  Proceso no opLmizado

PRIORIZACIÓN DE CRITERIOS UTILIZADOS EN LA EVALUACIÓN DE LA BIOENERGÍA


0 10 20 30 40 50 60 70

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enho

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HUELLA DE CARBONO, HUELLA ECOLOGICA Y GASES DE EFECTO INVERNADERO


HUELLA ECOLOGICA

«el área de territorio ecológicamente producLvo (culLvos, pastos, bosques o ecosistemas acuáLcos) necesaria para producir los recursos uLlizados y para asimilar los residuos producidos por una población dada, con un modo de vida específico, de forma indefinida»

(Ress & Wackernagel1996) G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN

HUELLA DE CARBONO

•  «la totalidad de gases de efecto invernadero (GEI) emiLdos por efecto directo o indirecto de un

individuo, organización, evento o producto» (UK Carbon Trust 2007)

•  “a carbon footprint is a life cycle assessment with the analysis limited to emissions that have an effect on

climate change” (EU 2007). •  Demanda de biocapacidad procedente de quemar combusLbles fósiles (en área de bosque requerida

para secuestrar las emisiones de CO2) G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN

HUELLA ECOLOGICA Y HUELLA DE CARBONO MUNDIAL 1961-‐2007

Carbono: aumentó 5 veces

en 50 años

Global:

aumentó 3 veces

en 50 años


GASES DE EFECTO INVERNADERO Y POTENCIAL DE CALENTAMIENTO GLOBAL

ü SF6: 22200 ü HFC: 140 -‐11,700 ü PFC: 6500-‐9200 ü N20: 296 ü CH4: 23 ü CO2: 1

El PCG es el efecto de calentamiento integrado a lo largo de un tiempo

determinado que produce hoy una

liberación instantánea de 1 ton de un gas de efecto

invernadero, en comparación con el causado por el CO2.

Potencial de Calentamiento Global (eq de CO2) (a 100 años)


EMISIONES TOTALES DE GEI Y SU INFLUENCIA EN CALENTAMIENTO GLOBAL

Source: Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks (2008), EPA. Climate Change 2007: the Fourth Assessment Report (AR4), IPCC


CÁLCULO DE HUELLA DE CARBONO

“A mano” hojas cálculo

IPCC

WRI-‐WCSD GEI México

Sokware

SIMAPRO

UMBERTO

Product Carbon Footprint

Corporate Carbon Footprint


HUELLA DE CARBONO Y ACV


Depleción abióNca kg Sb eq

Potencial de acidificación kg SO2 eq

Eutroficación kg PO4 eq

Potencial de calentamiento

global kg CO2 eq

Depleción de la capa de ozono kg CFC-‐11 eq

Toxicidad humana kg 1,4-‐DB eq

Ecotoxicidad marina

kg 1,4-‐DB eq

Ecotoxicidad terrestre

kg 1,4-‐DB eq

Ecotoxicidad del agua dulce kg 1,4-‐DB eq

Caracterización de impactos ambientales

HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES


HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES Y COMBUSTIBLES FÓSILES

G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN Fuente: Union Europea, EuroacLv

HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES Y COMBUSTIBLES FÓSILES INCLUYENDO USO DE SUELO

G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN Fuente: Nature Climate Change , 2011

HUELLA DE CARBONO DE BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE DIFERENTES MATERIAS PRIMAS EN DIFERENTES CONTEXTOS


0

20

40

60

80

100

120

g CO

2eq/MJ

Bioetanol Biodiesel

Fuente: CIFOR 2011

HUELLA DE CARBONO DE BIODIESEL A PARTIR DE DIFERENTES MATERIAS PRIMAS

G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN Elaboración propia en base a (1): Talens et al. (2010), (2): Achten et al. (2010), (3): Hou et al. (2010), (4): Stephenson et al. (2008)

HUELLA DE CARBONO Y RAZON DE ENERGIA NETA DE BIODIESEL DE MICROALGAS COMPARADA CON OTRAS MATERIAS PRIMAS

G.Cervantes. GIEI-‐UPIBI-‐IPN Fuente: Liu et al. 2012

BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS

(UPIBI, REMA, COLOMBIA) Neochloris oleoabundans


Foto: glerl.noaa.gov

Producción de biodiesel a parNr de microalgas

Cultivo

Coagulación- Floculación

Centrifugación

Secado

Extracción

Transesterificación

Destilación 1

Decantación 1

Centrifugación 1

F1 F2Nutrientes

F4Quitosán

F5CH3COOH

F3

F6 Medio gastado

F8 Mediogastado

F7

F9

F10Biomasa seca

F11 C6H6F12

Biomasa

F13

F14

F15 Lípidosbrutos

F25CH3OH

F24KOH

F32

F18 NaOH

F16H3PO4 F17

F23 Lípidos

Filtración

F19 Fosfolípidos y otros AGL

F20 Lípidos y clorofila

F21 arcilla

Destilaciónflash

F27 Biodiesel bruto y metanol

Lavado y deshidratación

F29

F28

Destilación 2

F39 H2SO4

F40

Decantación 2

F34

Decantación 3

F26

F37Biodiesel

bruto

F33H2SO4

F36 K2SO4 y glicerol

F35CH3OH

F41

F31CH3OH

F42 Biodiesel

FE1

FE2

FE3

FE6

FE5

FE4

FE9

FE8

FE11

FE10

F30

F3 Aguaevaporada

F22 Arcillagastada

Centrifugación 2F37 K2SO4

F38 Glicerol

FE7

DATOS EXPERIMENTALES

HUELLA DE CARBONO TOTAL

1 MJ ó 26 g de biodiesel

2.5 kg

DISTRIBUCIÓN DE LAS EMISIONES POR INSUMOS


3% 2% 2%

92%

FerLliser (N)

EDTA, ethylenediaminetetraaceLc acid, at plant/RER U Single superphosphate, as P2O5, at regional storehouse/RER U Electricidad en Mexico-‐Producción

SIMBIOSIS INDUSTRIAL APLICADA A LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL


EXTRACCIÓN: Simb.Ind. aplicada a biomasa Kg CO2/100MJ

SIMBIOSIS INDUSTRIAL APLICADA A LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL


TRANSESTERIFICACIÓN: Simb.Ind. aplicada a residuo glicerol

RESIDUO DE GLICEROL

GLICERINA

K2SO4 como FERTILIZANTE

2.5 kg 0.26 kg

89.5 % CO2

AGRADECIMIENTOS


•  InsLtuto Politécnico Nacional (Secretaría de InvesLgación y Posgrado y Red de Medio Ambiente).

•  CONACYT y Banco Interamericano de Desarrollo

[email protected] [email protected] GIEI, Grupo de InvesLgación en Ecología Industrial

BIBLIOGRAFIA •  Doménech, J.L., Huella ecológica portuaria y desarrollo sostenible. Puertos 114,

26-‐31 (2004a) •  Doménech, J.L., Huella ecológica y desarrollo sostenible. Aenor Ediciones, Madrid-‐

España (2007) •  European Commission (2007). Carbon Footprint. What it is and how to measure it •  EPA (2008). Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks •  IPCC (2007). Climate Change 2007: the Fourth Assessment Report (AR4) •  IPCC (2006). 2006 IPCC Guidelines for NaFonal Greenhouse Gas Inventories,

Prepared by the NaLonal Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. and Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japón.

•  UK Carbon Trust (2007). CT, Carbon footprint measuring methodology •  Valderrama, J., Espíndola, C., Quezada, R. (2011). Huella de Carbono, un Concepto

que no puede estar Ausente en Cursos .Formación Universitaria, 4 (3) 3-‐12 •  WRI, WBCSD (2005). GHG Protocol. The GHG Protocol for Project AccounFng. •  WRI, WBCSD (2004). GHG Protocol. A Corporate AccounFng and ReporFng

Standard •  Wright, L.; Kemp, S., Williams, I. (2011). "'Carbon footprinLng': towards a

universally accepted definiLon". Carbon Management 2 (1): 61–72.


BIBLIOGRAFIA

•  Campbell P., Beer T., Ba|er D. (2010). Life cycle assessment of biodiesel producLon from microalgae in ponds. Bioresource Technology. 102 pp 50-‐56.

•  Cervantes, G. (2007). Ecologia Industrial. Barcelona: Fundació Pi i Sunyer. •  Christy Y. (2007). Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances. 25 pp 294-‐306. •  Collet P., Arnaud H., Lardon L., Ras M., Goy R., Steyer J. (2010). Life cycle assessment of microalgae culture coupled to biogas producLon. Bioresource technology 102 pp 207-‐214.

•  Jorquera O., Kiperstok A., Sales E., Embirucu M., Ghirardi M. (2010). Bioresourde technology. 101. 1406-‐1413.

•  Khoo K., Sarra| P., Balasubramanian R., Naraharise} P., Shaik, S. (2011). Life cycle energy and CO2 analysis of microalgae-‐to-‐biodiesel: preliminary results and comparisons. Bioresource technology. 102. 5800-‐5807.

•  Lardon L., Hélias A., Sialve B., Steyer J., Bernard O. (2009). Life cycle assessment of biodiesel producLon from microalgae. Environmental science and Technology. 43. Pp 6475-‐6481.

•  Liu X., Clarens A., Colosi L. (2012). Algae biodiesel has potenLal despite inconclusive results to date. Bioresource technology. 104. 803-‐806.

•  Lohrey C., Kochergin V. (2011). Biodiesel producLon from microalgae: Co-‐locaion with sugar mills. Bioresource technology. 108. 76-‐82.


BIBLIOGRAFIA •  MarLn, M., Eklund, M. (2011). Improving environmental performance of biofuels with

industrial symbiosis. Biomass and bioenergy. 35, 1747-‐1755.

•  Norma mexicana IMNC (2007). NMX-‐SAA-‐14040-‐IMNC-‐2008. GesLón ambiental-‐ Análisis de ciclo de vida-‐ Principios y marco de referencia. México D.F. 23 pp.

•  Norma mexicana IMNC (2009). NMX-‐SAA-‐14044-‐IMNC-‐2008. GesLón ambiental-‐ Análisis de ciclo de vida-‐ Requisitos y directrices. México D.F. 51 pp.

•  Pré consultants (2008). SimaPro 7. IntroducLon to life cycle assessment. Pré. 88 pp. •  Razon L., Tan R. (2011). Net energy analysis of the producLon of biodiesel and biogas fron the

microalgae Haematococcus pluvialis and Nannochloropsis. Applied energy. 88. 3507-‐3514. •  Sander K., Murthy G. (2010). Life cycle analysis of algae biodiesel. InternaLonal Journal of Life

Cycle Assess. 15. Pp 704-‐714. •  Soratana K., Landis A. (2011). EvaluaLng industrial symbiosis and alage culLvaLon from life

cycle perspecLve. Bioresource technology. 102. 6892-‐6901. •  Stephenson A., Kazamia E., Dennis J., Howe C., Sco| S., Smith A. (2010). Life Cycle Assessment

of PotenLal Algal ProducLon in d United Kingdom: A Comparison of Raceways and Air-‐Li~ Tubular Bioreactors. Energy Fuels. 24. Pp 4062-‐4077.


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