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El potencial de los biocombustibles para sustituir importaciones de energía. Roque Stagnitta
Ing. Roque Stagnitta
El potencial de los biocombustibles para sustituir importaciones de energía. El momento de los biocombustibles sólidos y gaseosos.
Palabras Claves:
Energía, importación, petróleo, ambiente, biodiesel, bioetanol, biogás, agricultura.
Introducción
La complicada situación energética que actualmente está viviendo la Argentina requiere de cambios estructurales e integrales en las estrategias que se han venido implementando en los últimos años. Es necesario un plan integral con objetivos de largo plazo, que asegure las posibilidades de crecimiento y desarrollo económico del país, con el debido respeto del medioambiente y propendiendo al autoabastecimiento. Dicho plan a largo plazo debe nacer de la participación de distintos actores de la sociedad y una vez consensuado debe ser una especie de “carta magna” energética imposible de modificarse o desviarse en sus lineamientos por cuestiones coyunturales, partidarias o cortoplacistas.
La importación de energía es un serio problema dada la cantidad de divisas necesarias para afrontar dicha compra, no solamente debe encararse el problema desde el lado de la oferta sino también desde la demanda. No es menor el problema relacionado a cómo se utiliza la energía. Los subsidios a la energía presentes en los últimos años han exacerbado la demanda, estimulando un consumo ineficiente e irresponsable, especialmente en el sector residencial. Si bien un aumento de la demanda es necesario en un país que se desarrolla, el paradigma luego de la crisis del petróleo considera que se pueden desacoplar los índices de PBI y demanda de energía primaria.
Analizando la oferta de energía, la matriz de energía primaria argentina es mayoritariamente fósil. Prácticamente un 90% de toda la energía en Argentina tiene su origen en petróleo y gas.
Sea por opción o necesidad, convencimiento o persuasión, cada vez más las distintas economías del mundo tratan de reducir la dependencia de los hidrocarburos, esta tarea no es nada fácil pues no consiste simplemente en sustituir un combustible sino que se trata de cambiar todo un modelo productivo, un verdadero cambio de paradigma, una especie de “giro energético”. Este giro energético no es una fórmula de manual aplicable a cualquier economía, cada país deberá mediante estudios responsables ver qué características tendrá dicho cambio.
El “giro energético” al que se hace referencia no es un ambicioso ideal inalcanzable, sino que se trata de un complemento al sistema actual: un sistema económico y productivo adicto a los combustibles fósiles no se cambia en pocos años, pero sí gradualmente se lo hace evolucionar. Los tres pilares de este nuevo modelo son la eficiencia energética – obtención de los mismos resultados con menor consumo de energía sin renunciar a niveles de producción, confort, etc -; utilización de fuentes de energía renovables y la cogeneración - producción simultánea de electricidad y calor logrando un gran aumento del rendimiento total de conversión -. Estos tres conceptos anteriores se integran y se sustentan en el modelo de generación distribuida, que hace referencia a la producción de electricidad por gran cantidad de unidades generadoras de muy baja potencia distribuidas en el territorio e integradas al recurso existente y a la realidad productiva particular.
Las energías renovables y el sector agrícola. El potencial es más amplio de lo que se cree.
El paradigma instaurado por la revolución industrial se gestó desde las bondades del carbón y evolucionó gracias a la inserción del petróleo y el gas natural, recursos energéticos concentrados geográficamente, de altísima densidad. Dicho modelo se basa en grandes centros localizados de producción de energía, consiguiente transporte, y grandes centros de consumo.
Por el contrario las energías renovables en todas sus formas representan un recurso energético de muy baja densidad y difícilmente programables, por lo que el mejor escenario para su aprovechamiento no se condice con un modelo de grandes productores y grandes consumidores alejados geográficamente. La energía renovable en sentido amplio y la bioenergía, entendiendo esta como la energía proveniente de cualquier ser viviente o residuo del mismo, son recursos de carácter distribuidos.
Para entender cómo funciona el sistema energético de un país debemos antes que nada revisar los conceptos de energía primaria y vector energético si pretendemos tener una mirada global e integral sobre las posibilidades de la bioenergía en el contexto actual.
Se entiende por energía primaria a las distintas fuentes de energía en el estado en que se extraen o capturan de la naturaleza, sea en forma directa - como la energía hidráulica, eólica, solar-, o indirecta, derivada de un proceso de extracción o recolección de la misma - como petróleo, carbón mineral, uranio o biomasa.
Vector energético en cambio son los diferentes productos energéticos - no presentes en la naturaleza como tales - que son producidos por energías primarias o los mismos vectores energéticos intermedios en los distintos centros de transformación, con la finalidad de hacerlos más aptos a los requerimientos de consumo – electricidad, gas distribuido por redes, gas de refinería, gas licuado, naftas, carbón de leña, biocombustibles sólidos, líquidos y gaseosos entre otros.-
Es decir si consideramos que la fuente primaria es la biomasa - que en realidad no es más que un acumulador de energía solar - luego las formas de energías derivadas de ellas serán vectores energéticos.
Utilizando los conceptos anteriores podríamos decir que la biomasa representaría la energía primaria – el verdadero recurso – mientras que los biocombustibles, sean líquidos – biodiesel, bioetanol –; sólidos – pellets, chips, briquetas -; o gaseosos – biogás o biometano – constituirían vectores energéticos.
Con la aclaración anterior resulta obvio que lo que realmente importa para un país es con qué eficiencia se aprovechan los recursos primarios y la elección de su transformación en uno u otro vector debe ser analizada desde la eficiencia con que dicha energía primaria se procesa en toda la cadena hasta llegar al consumo.
Un país que quiera sustituir las importaciones de energía debiera tratar de utilizar los recursos de la biomasa de la manera más eficiente, independientemente del vector que de ella se derive. Más aún, una política pública seria que incluya los recursos de biomasa en la matriz primaria debiera fomentar la producción de biocombustibles - sólidos, líquidos o gaseosos - que maximicen la conversión del recurso primario en toda su cadena de producción.
En el siguiente ejemplo de Alemania se ilustra este pensamiento. Se muestra claramente que la eficiencia en la conversión del recurso de biomasa acumulado durante un año por una hectárea es mayor en el caso del procesamiento para obtener biometano en relación al biodiesel y al bioetanol. Si bien estamos hablando de otro país, con distintas características en cuanto a rindes, tecnologías y matriz productiva, resulta muy interesante y útil realizarnos estos planteos en Argentina.
Energía Solar → Biomasa → Biocombustibles →Sustitución de gas importado
La cantidad de energía solar por metro cuadrado por año en un plano horizontal en las cercanías de Rosario, según datos del Sistema de Información Geográfica de la Secretaría de Energía de la Nación, es de aproximadamente 1679kWh, si pensamos en una hectárea se
Figura 01
Comparación de biocombustibles. Distancia que recorre un auto con el recurso energético de una hectárea durante un año. Se observa claramente que en el caso del aprovechamiento de la biomasa mediante su procesamiento como biocombustible sólido y gaseoso la cantidad final de energía disponible es mayor que en el caso de biocombustibles líquidos.
Fuentes: Fachentur Nachwachsende Fohstof. 2011.
convierten en 16790MWh, lo que es equivalente a 1450 toneladas de petróleo. Es decir que en una hectárea en las cercanías de Rosario, un productor es poseedor de un recurso energético de origen solar equivalente a 1450 toneladas de petróleo por año. Por supuesto no todo este recurso es técnicamente aprovechable pero sí gracias a los desarrollos tecnológicos una parte del mismo.
La Figura 1 muestra distintas posibilidades de aprovechamiento de la energía solar que incide en una hectárea durante un año. Una primera posibilidad es que dicha energía sea almacenada por las plantas, en donde si bien la eficiencia teórica de almacenamiento sería del 4,5% ó 6% dependiendo del tipo de especie en la práctica se podría lograr, dependiendo de los rindes, almacenar aproximadamente el 0,3% de dicha energía, es decir aproximadamente 50MWh. Luego dicha energía almacenada podría destinarse a la producción de biogás – biocombustible gaseoso - en el caso de especies con alto contenido de almidón mediante fermentación anaeróbica; o ser destinada a la producción de chips, briquetas o pellets –biocombustibles sólidos – en el caso de especies lignocelulósicas. Dichos biocombustibles podrían ser utilizados no para el sector transporte “todavía” pero sí para la producción de calor industrial y residencial y fundamentalmente
la producción de electricidad y calor mediante el mecanismo
de cogeneración descripto anteriormente. Así como se ve en el esquema de los 50MWh de energía primaria presente en la biomasa, se podrían obtener 17MWh de energía eléctrica y 23 MWh de energía térmica para procesos industriales obteniéndose un rendimiento global de cogeneración de aproximadamente 80%.
No olvidemos que a pesar de las grandes represas hidroeléctricas existentes en Argentina y de las centrales nucleares funcionando el 60% de la energía eléctrica proviene de centrales térmicas por lo tanto al producir electricidad a partir de biomasa estaríamos sustituyendo combustibles fósiles en las centrales térmicas. En el ejemplo mostrado por cada hectárea por año se podrían sustituir aproximadamente 210mmbtu de gas importado, gas por el que actualmente Argentina paga entre USD 11 y USD 17 el mmbtu.
Otra posibilidad mostrada en la Figura 2 sería aprovechar la energía solar directamente, en este caso no estaríamos hablando de bioenergía o de biocombustibles, simplemente estaríamos capturando al energía solar antes de que llegue a la superficie y generando directamente energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico. Si bien aquí los rendimientos de energía por hectárea serán mayores también será mayor el monto de las inversiones necesarias para instalar estos sistemas resultando en un costo por unidad de energía mayor.
Figura 02
No incluye el gasto energético de cultivo, transporte y procesamiento en la producción de biomasa. Se considera un 49% de rendimiento eléctrico (rendimiento medio de los ciclos combinados) y 85% de rendimiento de referencia de calderas. No se tienen en cuenta las pérdidas de transmisión y distribución.
Fuentes: Elaboración propia en base a datos de Fachentur Nachwachsende Fohstoff, Grossi-Gallegos: Atlas de Energía Solar de la República Argentina, Secretaría de Energía de la Nación y Robert E. Blankenship. Science 332, 805 (2011). Informe Anual CAMMESA (2012).
Cabe mencionar que una gran ventaja de los sistemas a partir de la biomasa es el carácter despachable de la energía eléctrica en relación a la generación intermitente y no programable en el caso de la generación fotovoltaica.
Visto de manera integral el sistema energético cabe preguntarnos por qué en Argentina han tenido un excepcional desarrollo los biocombustibles líquidos y no se ha avanzado demasiado en otras formas de procesar la biomasa. Una primera respuesta es categórica: porque es el único vector que encuentra mercado. Los biocombustibles
líquidos son las únicas formas de energía derivadas de la biomasa
que encuentran mecanismos aceitados de comercialización, cosa que no sucede con las otras formas de biocombustibles y menos aún con la energía eléctrica que podría generarse a partir de la biomasa, en especial para centrales pequeñas en donde ni siquiera existe un protocolo técnico para la interconexión. La otra respuesta tiene relación a la distorsión entre los precios relativos de los distintos vectores energéticos como consecuencia de los subsidios. El precio del litro de biodiesel, del kWh de energía eléctrica, del metro cúbico de gas y del kilogramo de pellets en primer lugar debiera contemplar la cantidad de energía contenida en cada unidad - PCI o equivalente - de los mismos y luego por supuesto considerar cuestiones de calidad de energía -relacionada con el concepto de exergía, es decir la capacidad de realizar trabajo mecánico-, calidad de servicio, posibilidades de transporte y almacenamiento; y fundamentalmente ductilidad para el consumo. Cuando las tarifas reflejen completamente y de manera sincera todas estas características de cada vector energético los precios relativos debieran ser otros. ¿Cuáles debieran ser los cambios que posibiliten un desarrollo en este sentido? En primer lugar permitir, habilitar y fomentar un mercado de energía en pequeña escala. Cualquier empresa, productor o
privado que quiera producir vectores energéticos de cualquier tipo a partir de la biomasa debiera poder vender dicha producción
de manera inmediata. En el caso de la energía eléctrica se trataría de una adecuación de protocolos técnicos tendientes a facilitar la interconexión de microcentrales como también un cambio en la normativa para establecer la figura de consumidor y generador habilitando incluso tarifas especiales como sucede en varios países del mundo. En el caso de biocombustibles sólidos un mejoramiento en los sistemas de transporte, almacenamiento y también una normalización de los distintos productos son fundamentales en este sentido.
Rol primordial debieran cobrar Universidades, Institutos de Investigación y de Certificación a la hora de avanzar en el estudio de distintos cultivos energéticos destinados a la producción de bioetanol, biodiesel, biogás y biocombustibles sólidos.
Por último, lo que seguramente podría ser el comienzo de una política seria de sustitución de importaciones de gas, sería establecer un programa nacional de incentivo a la generación de energía a partir de la biomasa bajo distintas formas y se debiera garantizar a los
