DEBILIDADES Y DESAFIOS TECNOLOGICOS DEL SECTOR PRODUCTIVO
BIOCOMBUSTIBLES Jujuy, Salta, Santiago del Estero y Tucumán
“Sin industria no hay Nación”
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INDICE Perfil sectorial Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico Cuadro resumen
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BIOCOMBUSTIBLES
Perfil sectorial
Las perspectivas de agotamiento de los combustibles sólidos sumado a la demanda creciente de energía, posiciona a los biocombustibles como alternativa energética renovable, en el marco de la creciente valoración de combustibles que tengan bajo impacto en las emisiones de carbono. Entre los principales biocombustibles se encuentran los de primera generación tal como el biodiesel -proveniente del procesamiento de aceites vegetales como las oleaginosas- y el bioetanol -obtenido a partir de la fermentación de azúcares-. Mientras que los denominados de segunda generación –por ejemplo, el biogas-, provienen de la fermentación de desechos orgánicos. La conversión de una tonelada de bioetanol es el equivalente a 20 toneladas de caña de azúcar o de 3,5 toneladas de maíz, quedando como residuos el bagazo de caña y granos y solubles secos destilados en cada uno de los casos. En el caso del biodiesel, la conversión determina que por cada tonelada de biodiesel obtenida se necesitan 1,03 toneladas de aceite, quedando como residuo el glicerol y ácidos grasos.
El marco regional e internacional El bioetanol constituye el 90% del biocombustible producido a nivel mundial, siendo la producción de biodiesel el 10% restante encabezada por países tales como Alemania (52%), Francia (15%) e Italia (12%). Los principales destinos del bioetanol son la producción de combustibles (61%) y, en menor medida, la industria (29%) y bebidas (10%). Con un nivel de producción de aproximadamente 36.900 millones toneladas en el año 2005, se continúa evidenciando una tendencia positiva en materia de crecimiento en tanto se observó un incremento interanual de alrededor del 13%. Entre los principales productores se ubican EE.UU y Brasil -con maíz y caña de azúcar respectivamente-, los cuales concentran en forma conjunta el 67% total del mercado mundial. Brasil, Francia, Arabia Saudita y EE.UU. son los principales exportadores, mientras que entre los principales importadores se destacan EE.UU., Japón, Alemania y Corea del Sur. Según las proyecciones para el 2010, la demanda mundial de bioetanol podría ascender a cerca de 60.000 millones de litros. En la Unión Europea ya se encuentra reglamentada la ley a partir de la cual se debe incorporar el 5,75% del combustible (biofuels) para transporte de los 25 países que la conforman. En el caso de China se espera que esa proporción se incremente al 10% hacia el 2020.
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BIOCOMBUSTIBLES
Perfil sectorial
La industria en la Argentina Actualmente, la totalidad del alcohol que se produce en la Argentina es de tipo hidratado, alcanzando un total de cerca de 180 millones de toneladas, de las cuales más del 60% se dirigen al mercado doméstico y, en particular, a la industria. Cerca del 90% de la producción doméstica se destila en los ingenios azucareros del noroeste argentino (NOA), destacándose el rol de la caña de azúcar en el programa alconafta de los años `80 que posteriormente fuera desarticulado. A nivel nacional y en el marco de la Ley de Biocombustibles, existe una demanda cautiva hacia el 2010 de bioetanol como biocombustible -para atender el corte obligatorio del 5%- de 160 mil toneladas de bioetanol (ascendiendo a aproximadamente 180 mil toneladas hacia el 2010) y de 637 mil toneladas de biodiesel. En este último caso, una demanda potencial tal como la mencionada anteriormente significaría la instalación de 10 a 15 plantas de producción de biodiesel.
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BIOCOMBUSTIBLES
Sector
Sector Primario
Etapa
Esquema de la cadena productiva
Preparación de la materia prima
Azúcares
Recogida
Industria
Comercialización
Fermentación / Destilación
Obtención del azúcar
Triturado Filtrado
Deshidratación
Etanol Hidratado
Bioetanol
Etanol Hidratado
Bioetanol
Etanol Hidratado
Bioetanol
Etanol Hidratado
Bioetanol
• Caña de azúcar. • Remolacha.
Principales Actividades
Cereales • • • •
Maíz. Trigo. Cebada. Sorgo. Biomasa
Limpieza del grano
Molienda
Licuefacción Cocción Sacarificación
Acondicionamiento
Trituración
1a hidrólisis ácida
• Madera. • Residuos de podas. • RSU
Separación L/S 2ª hidrólisis ácida
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Mercado Interno
• Combustible. • Aditiva a las gasolinas. • Pilas de combustibles.
BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
1
Limitado desarrollo de cultivos energéticos que no compitan con alimentos y presenten alto rendimiento en zonas marginales
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Alto porcentaje de los Ingenios carecen de capacidades industriales para realizar la deshidratación del etanol obtenido en la producción de azúcar (etanol anhidro de uso como combustible)
3
Falta de capacidades en los Ingenios para producir azúcar o etanol en proporciones que respondan a las demandas del momento en el mercado (producción mixta variable)
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Escasas experiencias y falta de instalaciones industriales para la obtención de biocombustibles a partir de cereales
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Escaso desarrollo de alternativas técnicas para el tratamiento y aprovechamiento de efluentes industriales (vinaza)
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BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
1
Limitado desarrollo de cultivos energéticos que no compitan con alimentos y presenten alto rendimiento en zonas marginales
Descripción del problema La evaluación de producción de biocombustibles líquidos requiere del análisis de rendimientos comparativos en materia de eficiencia energética, aptitud climática y de suelos, áreas posibles de implantación, disponibilidad de variedades de semillas, tecnología de fabricación y logística entre otros. Actualmente, la obtención del bioetanol se realiza en su mayoría a través de materia prima de primera generación, es decir, azúcares o cereales, en particular, a partir de la fermentación de azúcares que se encuentran en la remolacha, maíz, cebada, trigo, caña de azúcar, sorgo u otros cultivos energéticos. La mezcla con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a las obtenidas mediante combustibles fósiles, con la ventaja de una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión. La obtención de bioetanol a partir de caña evidencia el mayor grado de eficiencia energética (7kgcal) en relación, por ejemplo, de la remolacha azucarera (1,3kgcal) y aún del sorgo azucarado (5kgcal). En este último caso, existen proyectos que proponen estudiar y cuantificar el contenido de azúcar en los tallos del sorgo, eligiendo el mejor momento del desarrollo de la planta, antes de la emigración de azúcares de los tallos a las raíces para constituir los tubérculos (siendo que la cosecha de tubérculos resulta una operación muy costosa). El sorgo dulce no sólo permite obtener sacarosa a través de los tallos (mediante el pasaje por trapiche) sino también a partir del grano. Otra de las ventajas que dispone este tipo de sorgo es la resistencia a sequías y altas temperaturas, lo que lo posiciona con alto potencial en zonas tales como el norte del país. El agregado de un 5% de bioetanol en la nafta, reduce en casi 20% las emisiones de monóxido de carbono y, en menor medida, las de óxido nitroso. El biodiesel mezclado con diesel normal genera mezclas que pueden ser utilizadas en todos los motores diesel sin ninguna modificación de los motores, obteniendo rendimientos similares con un menor grado de contaminación. El mismo puede obtenerse a partir del procesamiento de aceites vegetales tanto usados y reciclados como aceites obtenidos de semillas oleaginosas de cultivos tales como girasol, colza, soja, cártamo, jatropa, palma u otros. Sin embargo, la cantidad de litros de biodiesel y la eficiencia energética resulta dispar entre los diferentes cultivos. Por ejemplo, a partir de la soja se obtienen 420 litros/ha., siendo que la palma permite obtener 5.550 litros/ha., aunque resulta más eficiente la colza (2,36kgcal). -6-
BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
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Limitado desarrollo de cultivos energéticos que no compitan con alimentos y presenten alto rendimiento en zonas marginales (cont.)
Otra alternativa a las cosechas dedicadas a fines energéticos, es el uso de residuos de procesos agrícolas, forestales o industriales, con alto contenido en biomasa, también denominados de segunda generación. Estos residuos pueden ir desde la paja de cereal, RSU (residuos sólidos urbanos), celulosa de la caña de azúcar, cáscaras de algunos granos u otros. Los residuos tienen las ventajas de su bajo coste -son parte no necesaria de otros productos o procesos- salvo cuando son utilizados en la alimentación del ganado, lo que permite despegarse del valor internacional de los commodities y no competir con la alimentación. Los RSU tienen un alto contenido en materia orgánica -como papel o madera- que los convierte en una potencial fuente de materia prima, aunque debido a su diversa procedencia pueden contener otros materiales cuyo proceso de separación incremente el precio de la obtención del bioetanol. Según su origen se pueden clasificar en: • Biomasa natural producida en ecosistemas naturales. La explotación intensiva de este recurso no es compatible con la protección del medio ambiente, aunque sea una de las principales fuentes energéticas de los países subdesarrollados • Biomasa residual: dentro de esta categoría se encuentran los residuos forestales y agrícolas, los sólidos urbanos y biodegradables (efluentes ganaderos, lodos de depuradoras, aguas residuales urbanas, etc.) • Cultivos energéticos: son realizados con el objetivo de su aprovechamiento energético y se caracterizan por una gran producción de materia viva por unidad de tiempo, con el condicionante de minimizar los cuidados del cultivo • Excedentes agrícolas: son aquellos excedentes que no son empleados en la alimentación humana que pueden ser considerados como biomasa y aprovechados, por ejemplo, para la elaboración de biocombustibles líquidos La sustitución de combustibles fósiles mediante la introducción masiva de biocombustibles -tal como es el caso de Brasil o Estados Unidos-, aparece posible de alcanzar, en la medida que se desarrollen cultivos energéticos alternativos que no compitan con alimentos, en particular, con alto rendimiento, productividad y aptos a zonas marginales, con el objetivo de diversificar y por lo tanto aumentar las fuentes de obtención de alcohol tradicionales.
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BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
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Limitado desarrollo de cultivos energéticos que no compitan con alimentos y presenten alto rendimiento en zonas marginales (cont.)
Posibles soluciones • Estudiar el comportamiento del sorgo dulce • Desarrollar materias primas alternativas que no compitan con alimentos y presenten alto rendimiento en zonas marginales
Impacto esperado • Incrementar la producción de alcohol para la transformación en bioetanol • Aumentar las materias primas utilizadas para generar bioetanol de mayor rendimiento • Encontrar fuentes de energía que no compitan con los alimentos
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BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
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Alto porcentaje de los Ingenios carecen de capacidades industriales para realizar la deshidratación del etanol obtenido en la producción de azúcar (etanol anhidro de uso como combustible)
Descripción del problema El alcohol producido por destilación contiene una parte significativa de agua, que debe ser eliminada para su uso como combustible, para lo cual se requiere el proceso de deshidratación. Dado que el etanol tiene un punto de ebullición menor (78,3ºC) que el agua (100ºC), la mezcla se calienta hasta que el alcohol se evapore y se pueda separar por proceso de condensación. La mayor parte de las fábricas utilizan un tamiz molecular para capturar las partículas de agua que contiene el etanol al momento de salir del sistema de destilación, obteniéndose el alcohol anhidro. El abastecimiento de biocombustibles desde la producción local y en el marco del corte obligatorio establecido a través de la ley 26.093, requiere la incorporación en la cadena productiva de plantas deshidratadoras. Actualmente en la región del NOA, no se dispone de plantas que hagan etanol anhidro (bioetanol), aunque se percibiría cierto intereses en su exploración en la provincia de Santiago del Estero. La inversión calculada en plantas deshidratadoras es del orden del 20% de la inversión total, siendo que para la instalación de la planta de 100.000 toneladas se requieren aproximadamente 12 millones de dólares.
Posibles soluciones • Promover la asociatividad a fin de desarrollar una planta deshidratadora • Promover el aumento de capacidad de producción de alcohol anhidro
Impacto esperado Aumento de la capacidad de la industria para la producción de alcohol anhidro (materia prima para mezcla con combustibles fósiles)
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BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
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Falta de capacidades en los Ingenios para producir azúcar o etanol en proporciones que respondan a las demandas del momento en el mercado (producción mixta variable)
Descripción del problema En Brasil la cadena productiva del etanol está conformada por más de 60 mil productores de caña, un parque sucroalcoholero de alrededor de 330 unidades de procesamiento industrial de carácter privado. El 6% de las unidades industriales se dedica exclusivamente a la producción de azúcar, el 30% exclusivamente a la producción de alcohol, mientras que el 64% restante es de tipo mixto, produciendo más alcohol o más azúcar en función al comportamiento del mercado y las ventajas económicas que puede ofrecer cada producto. Las usinas están integradas hacia atrás en la cadena, siendo que un 70% de la tierra a partir de la cual se genera la caña es propiedad de las usinas, mientras que el 30% restante corresponde a productores agrícolas. Brasil cuenta con dos períodos de zafra diferentes, por un lado las usinas del nordeste adquieren la caña en el período enero-abril y, por otro, la zafra en el centro-sur va de junio a noviembre, complementándose en caso de presentarse malas campañas. La estructura del sector es heterogénea, donde coexisten grandes grupos nacionales con varias usinas y firmas de menor tamaño. De este modo las capacidades de procesamiento son significativamente diferentes y varían desde 600 mil a 6 millones de tn de caña al año. En el caso argentino y de requerirse un incremento en la producción de alcohol, sería necesario una revisión de la actual estructura de producción de los ingenios que contemple la posibilidad de mayor producción de alcohol o incorporar estructuras de tipo mixta como es el caso de las usinas brasileras. Este tipo de flexibilidad permitiría incrementar la capacidad de producción de alcohol.
Posibles soluciones • Aumentar la capacidad de destilación • Incorporar estructura de producción mixta en los ingenios azucareros
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BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
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Falta de capacidades en los Ingenios para producir azúcar o etanol en proporciones que respondan a las demandas del momento en el mercado (producción mixta variable) (Cont.)
Impacto esperado Mayor capacidad de adaptación de los ingenios a variaciones en la demanda de alcohol y azúcar
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BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
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Escasas experiencias y falta de instalaciones industriales para la obtención de biocombustibles a partir de cereales
Descripción del problema: La obtención de bioetanol se realiza a través de una solución azucarada denominada mosto, la cual puede ser obtenida a partir de la caña de azúcar (jugo de la caña de azúcar que dispone de 15% de azúcares diluidos o a partir de las melazas de la misma caña) o por la sacarización de sustancias celulósicas tal como el bagazo o amiláceas, por ejemplo el maíz. El NOA tiene capacidad de producción para la obtención de etanol a partir de la caña de azúcar -caracterizada por un alto grado de estacionalidad-, mientras que no dispone de destilerías que permitan la obtención de etanol a partir de cereales. Lo anterior requeriría efectuar cambios para modificar la estructura actual de producción de los ingenios, aunque con la ventaja de incrementar el uso de la capacidad instalada de los ingenios por fuera del período de la zafra. La producción de bioetanol a partir de maíz, por ejemplo, puede realizarse a través de dos métodos, aunque ambos comparten el preparado de feedstock, la fermentación de azúcares simples, el recupero de alcohol y de los co-productos, presentando diferencias en los sistemas de preparación del grano y su posterior fermentación. En el sistema a partir de molienda seca se obtiene etanol además de granos destilados secos y solubles que son utilizados como alimentación para el ganado. Mientras que en el sistema de molienda húmeda además de etanol se obtienen aceite de maíz y gluten (también utilizados en alimentación animal). El primer sistema, sin embargo, es preferido por productores de menor tamaño, en tanto sus menores requerimientos de capital en la construcción y operación de planta, mientras que el segundo sistema es capital intensivo siendo que procesa un volumen más elevado de granos.
Posibles soluciones Promover la ampliación de las instalaciones de los ingenios para la obtención de biocombustibles a partir de cereales
Impacto esperado Incrementar la producción de etanol - 12 -
BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
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Escaso desarrollo de alternativas técnicas para el tratamiento y aprovechamiento de efluentes industriales (vinaza)
Descripción del problema La industria azucarero-alcoholera produce residuos con alta presencia de materia orgánica. La vinaza se constituye como subproducto de la destilación del alcohol, proveniente de la fermentación directa de los jugos de la caña o de la destilación de la melaza. La composición de la vinaza depende de las características propias del azúcar utilizada en la elaboración de alcohol -incluidas los diferentes tipos de variedades y grado de maduración- como así también de la eficiencia en el proceso de fermentación y destilación, entre otros. La elevada carga orgánica de la vinaza la hace altamente contaminante y por lo tanto es necesario un adecuado tratamiento para su control, al mismo tiempo que presenta cierta ventaja en el grado de aprovechamiento y manejo. Los volúmenes de producción de vinaza están altamente asociados a la cantidad de alcohol, por lo que se estima que por cada litro de alcohol producido se obtienen aproximadamente 10 litros de vinaza. Actualmente existen varias propuestas posibles de aplicación de la vinaza, destacándose la necesidad de su concentración en polvo o granulado dado su impacto sobre la dosificación, transporte y distribución. En particular: •
Fertilización: es una de los destinos más generalizados de la vinaza a nivel mundial. Con la utilización de equipos especiales o mediante fertirrigación, la vinaza fomenta la reproducción de microorganismos mientras que se aportan nutrientes al suelo. A partir de la fertilización se aportan componentes orgánicos como así también calcio, sulfatos, micronutrientes y, especialmente, potasio entendido como un importante mejorador de suelos.
•
Medio de cultivo: al ser un producto orgánico dispone de alta potencialidad para su utilización como medio de cultivo para microorganismos, en especial en estado líquido. Suplementado con la urea y sacarosa, la vinaza permite la promoción de crecimiento de levaduras, hongos y bacterias específicas que se constituyen en fuente de proteínas tanto para la alimentación animal como humana
• Suplemento alimenticio: a partir del suplemento aporta proteínas, sales minerales y energía neta. Puede utilizarse en mezclas para la producción de alimentos balanceados para animales y sustituye la melaza usa en la suplementación de ganado. • Combustible: la vinaza puede utilizarse para incineración, generando energía para distintas aplicaciones tales como, por ejemplo, calderas. - 13 -
BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
5
Escaso desarrollo de alternativas técnicas para el tratamiento y aprovechamiento de efluentes industriales (vinaza) (cont.)
• Construcción: el complejo polimérico de la vinaza se aplica para la obtención de aditivo para la preparación de concretos, vía fluidificante o plastificante y con alto grado de sustitución al agua (se estima que 1kg de aditivo puede sustituir 16 litros de agua). El menor uso de agua incrementa la resistencia del concreto o disminuye la necesidad de cemento -a igual resistencia del concreto. • Biogas: a partir de la metanización (degradación anaeróbica de los efluentes) se obtiene como subproducto el biogas. A pesar de aparición de malos olores producto del grado de concentración de ácido sulfúrico, es de destacar que el biogas presenta ventajas en tanto puede ser aprovechado -a partir de motores de gas- para generar electricidad o en calderas, electricidad para motores y/o turbinas, suministro domiciliario, entre otros. Este proceso, asimismo, evita la liberación de metano a la atmósfera en el marco del Mecanismo de Desarrrollo Limpio del Protocolo de Kyoto. • Otras posibles aplicaciones: permite compactar y eliminar excesos de polvo en la fabricación de aglomerados, productos de limpieza de calderas, curtiembres, etc.
Posibles soluciones •
Desarrollar proyectos de recuperación y transformación de vinaza con valor agregado
•
Evaluar nuevas alternativas de reuso de efluentes según legislación vigente
Impacto esperado • Disminuir el impacto de la vinaza como efluente contaminante • Desarrollar sistemas de aplicación de la vinaza en el riego de diferentes tipos de suelos • Mejorar las características agro-físicas-químicas que impacten en el rendimiento cultural - 14 -
BIOCOMBUSTIBLES
Debilidades cuya superación implica un desafío científico tecnológico
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Escaso desarrollo de alternativas técnicas para el tratamiento y aprovechamiento de efluentes industriales (vinaza) (cont.)
• Generar ahorro en la utilización de fertilizantes de tipo químico • Desarrollar proyectos de generación alternativa de energía
Líneas de trabajo existentes Estación Experimental Obispo Colombres (EEAOC)-Tucumán. Se han realizado tareas de investigación y experimentación de fertirriego con efluentes.
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BIOCOMBUSTIBLES
Cuadro resumen
Debilidad
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Limitado desarrollo de cultivos energéticos que no compitan con alimentos y presenten alto rendimiento en zonas marginales
Posibles soluciones Estudiar el comportamiento del sorgo dulce Desarrollar materias primas alternativas que no compitan con alimentos y presenten alto rendimiento en zonas marginales
Impacto esperado Incrementar la producción de alcohol para la transformación en bioetanol
Tipo de debilidad Investigación y Desarrollo de Productos (I+D)
Aumentar las materias primas utilizadas para generar bioetanol de mayor rendimiento Encontrar fuentes de energía que no compitan con los alimentos
Alto porcentaje de los Ingenios carecen de capacidades industriales para realizar la deshidratación del etanol obtenido en la producción de azúcar (etanol anhidro de uso como combustible)
Promover la asociatividad a fin de desarrollar una planta deshidratadora
Falta de capacidades en los Ingenios para producir azúcar o etanol en proporciones que respondan a las demandas del momento en el mercado (producción mixta variable)
Aumentar la capacidad de destilación
4
Escasas experiencias y falta de instalaciones industriales para la obtención de biocombustibles a partir de cereales
5
Escaso desarrollo de alternativas técnicas para el tratamiento y aprovechamiento de efluentes industriales (vinaza)
2
3
Aumento de la capacidad de la industria para la producción de alcohol anhidro (materia prima para mezcla con combustibles fósiles)
Modernización tecnológica
Mayor capacidad de adaptación de los ingenios a variaciones en la demanda de alcohol y azúcar
Modernización tecnológica
Promover la ampliación de las instalaciones de los ingenios para la obtención de biocombustibles a partir de cereales
Incremento de la producción de etanol
Modernización tecnológica
Desarrollar proyectos de recuperación y transformación de vinaza con valor agregado
Disminuir el impacto de la vinaza como efluente contaminante
Evaluar nuevas alternativas de reuso de efluentes según legislación vigente
Desarrollar sistemas de aplicación de la vinaza en el riego de diferentes tipos de suelos
Bioseguridad y uso sustentable de los Recursos Naturales
Promover el aumento de capacidad de producción de alcohol anhidro
Incorporar estructura de producción mixta en los ingenios azucareros
Mejorar las características agro-físicas-químicas que impacten en el rendimiento cultural Generar ahorro en la utilización de fertilizantes de tipo químico Desarrollar proyectos de generación alternativa de energía
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