La bioenergía es un tipo de energía renovable que se deriva de plantas y desechos animales. [1] La biomasa que se utiliza como material de entrada está formada por organismos recientemente vivos (pero ahora muertos), principalmente plantas. [2] Por lo tanto, los combustibles fósiles no se consideran biomasa según esta definición. Los tipos de biomasa comúnmente utilizados para bioenergía incluyen madera, cultivos alimentarios como el maíz, cultivos energéticos y desechos de bosques, patios o granjas. [3]
La bioenergía puede ayudar a mitigar el cambio climático , pero en algunos casos la producción de biomasa necesaria puede aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero o provocar una pérdida de biodiversidad local . Los impactos ambientales de la producción de biomasa pueden ser problemáticos, dependiendo de cómo se produce y cosecha la biomasa.
El escenario Net Zero de la AIE para 2050 exige que la bioenergía tradicional se elimine gradualmente para 2030, y que la proporción de la bioenergía moderna aumente del 6,6 % en 2020 al 13,1 % en 2030 y al 18,7 % en 2050. [4] La bioenergía tiene un cambio climático significativo potencial de mitigación si se implementa correctamente. [5] : 637 La mayoría de las vías recomendadas para limitar el calentamiento global incluyen contribuciones sustanciales de la bioenergía en 2050 (promedio de 200 EJ). [6] : B 7.4
El Sexto Informe de Evaluación del IPCC define la bioenergía como "energía derivada de cualquier forma de biomasa o sus subproductos metabólicos". [7] : 1795 Continúa definiendo la biomasa en este contexto como "material orgánico excluyendo el material fosilizado o incrustado en formaciones geológicas". [7] : 1795 Esto significa que el carbón u otros combustibles fósiles no son una forma de biomasa en este contexto.
El término biomasa tradicional para bioenergía significa "la combustión de madera, carbón vegetal, residuos agrícolas y/o estiércol animal para cocinar o calentarse en fuegos abiertos o en estufas ineficientes, como es común en los países de bajos ingresos ". [7] : 1796
Dado que la biomasa también puede utilizarse directamente como combustible (por ejemplo, troncos de madera), los términos biomasa y biocombustible a veces se han utilizado indistintamente. Sin embargo, el término biomasa suele referirse a la materia prima biológica de la que está hecho el combustible. Los términos biocombustible o biogás generalmente se reservan para combustibles líquidos o gaseosos respectivamente. [8]
La madera y los residuos de madera constituyen actualmente la mayor fuente de energía de biomasa. La madera se puede utilizar como combustible directamente o transformarse en pellets u otras formas de combustible. También se pueden utilizar otras plantas como combustible, por ejemplo maíz , pasto varilla , miscanto y bambú . [9] Las principales materias primas de residuos son los residuos de madera, los residuos agrícolas , los residuos sólidos municipales y los residuos industriales . La mejora de la biomasa bruta a combustibles de mayor calidad se puede lograr mediante diferentes métodos, clasificados en términos generales como térmicos, químicos o bioquímicos:
Los procesos de conversión térmica utilizan el calor como mecanismo dominante para convertir la biomasa en un combustible mejor y más práctico. Las alternativas básicas son la torrefacción , la pirólisis y la gasificación , estas se separan principalmente por el grado en que se permite que se desarrollen las reacciones químicas involucradas (controladas principalmente por la disponibilidad de oxígeno y la temperatura de conversión). [10]
Muchas conversiones químicas se basan en procesos establecidos a base de carbón, como la síntesis de Fischer-Tropsch . [11] Al igual que el carbón, la biomasa se puede convertir en múltiples productos químicos básicos. [12]
En la naturaleza se han desarrollado procesos bioquímicos para descomponer las moléculas que componen la biomasa, y muchos de ellos pueden aprovecharse. En la mayoría de los casos, se utilizan microorganismos para realizar la conversión. Los procesos se denominan digestión anaeróbica , fermentación y compostaje . [13]
Según la fuente de biomasa, los biocombustibles se clasifican en términos generales en dos categorías principales, dependiendo de si se utilizan cultivos alimentarios o no: [14]
Los biocombustibles de primera generación (o "convencionales") se elaboran a partir de fuentes alimentarias cultivadas en tierras cultivables, como la caña de azúcar y el maíz . Los azúcares presentes en esta biomasa se fermentan para producir bioetanol , un combustible alcohólico que sirve como aditivo de la gasolina, o en una pila de combustible para producir electricidad. El bioetanol se produce por fermentación , principalmente a partir de carbohidratos producidos en cultivos de azúcar o almidón como el maíz , la caña de azúcar o el sorgo dulce . El bioetanol se utiliza ampliamente en Estados Unidos y Brasil . El biodiesel se produce a partir de aceites, por ejemplo, de colza o remolacha azucarera y es el biocombustible más común en Europa. [ cita necesaria ]
Los biocombustibles de segunda generación (también llamados "biocombustibles avanzados") utilizan fuentes de biomasa no alimentarias, como cultivos energéticos perennes y residuos/desechos agrícolas. La materia prima utilizada para fabricar los combustibles crece en tierras cultivables pero son subproductos del cultivo principal, o se cultiva en tierras marginales. Los residuos de la industria, la agricultura, la silvicultura y los hogares también pueden utilizarse para biocombustibles de segunda generación, utilizando, por ejemplo, digestión anaeróbica para producir biogás , gasificación para producir gas de síntesis o combustión directa. La biomasa celulósica , derivada de fuentes no alimentarias, como árboles y pastos, se está desarrollando como materia prima para la producción de etanol, y el biodiesel se puede producir a partir de restos de productos alimenticios como aceites vegetales y grasas animales. [ cita necesaria ]
Las densidades de producción de energía superficial de un cultivo determinarán cuánta tierra se requiere para la producción. Las densidades de energía superficial del ciclo de vida promedio para la producción de energía de biomasa, eólica, hidroeléctrica y solar son 0,30 W/m 2 , 1 W/m 2 , 3 W/m 2 y 5 W/m 2 , respectivamente (energía en forma de calor para biomasa y electricidad para energía eólica, hidráulica y solar). [15] La densidad de energía superficial del ciclo de vida incluye la tierra utilizada por toda la infraestructura de apoyo, la fabricación, la minería/cosecha y el desmantelamiento.
Otra estimación sitúa los valores en 0,08 W/m 2 para la biomasa, 0,14 W/m 2 para la energía hidráulica, 1,84 W/m 2 para la energía eólica y 6,63 W/m 2 para la energía solar ( valores medianos , sin que ninguna de las fuentes renovables supere los 10 W/m2 ) . [dieciséis]
La tecnología de captura y almacenamiento de carbono se puede utilizar para capturar las emisiones de las centrales eléctricas de bioenergía. Este proceso se conoce como bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) y puede resultar en la eliminación neta de dióxido de carbono de la atmósfera. Sin embargo, BECCS también puede generar emisiones netas positivas dependiendo de cómo se cultiva, cosecha y transporta el material de biomasa. El despliegue de BECCS a las escalas descritas en algunas vías de mitigación del cambio climático requeriría convertir grandes cantidades de tierras de cultivo. [17]
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La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) es el proceso de extraer bioenergía de la biomasa y capturar y almacenar el carbono , eliminándolo así de la atmósfera . [19] En teoría, BECCS puede ser una " tecnología de emisiones negativas " (NET), [20] aunque su implementación a la escala considerada por muchos gobiernos e industrias puede "plantear también importantes desafíos económicos, tecnológicos y de viabilidad social; amenazar la seguridad alimentaria y los derechos humanos; y corren el riesgo de traspasar múltiples fronteras planetarias, con consecuencias potencialmente irreversibles". [21] El carbono de la biomasa proviene del dióxido de carbono (CO 2 ) , gas de efecto invernadero , que la biomasa extrae de la atmósfera cuando crece. La energía ("bioenergía") se extrae en formas útiles (electricidad, calor, biocombustibles , etc.) a medida que la biomasa se utiliza mediante combustión, fermentación, pirólisis u otros métodos de conversión.
Parte del carbono de la biomasa se convierte en CO 2 o biocarbón , que luego puede almacenarse mediante secuestro geológico o aplicación al suelo, respectivamente, lo que permite la eliminación de dióxido de carbono (CDR). [20]
Se estimó que el rango potencial de emisiones negativas de BECCS sería de cero a 22 giga toneladas por año. [22] En 2019 [actualizar], cinco instalaciones en todo el mundo utilizaban activamente tecnologías BECCS y capturaban aproximadamente 1,5 millones de toneladas por año de CO 2 . [23] El amplio despliegue de BECCS está limitado por el costo y la disponibilidad de biomasa. [24] [25] : 10
El impacto climático de la bioenergía varía considerablemente dependiendo de dónde provienen las materias primas de biomasa y cómo se cultivan. [27] Por ejemplo, la quema de madera para obtener energía libera dióxido de carbono; esas emisiones pueden compensarse significativamente si los árboles talados se reemplazan por árboles nuevos en un bosque bien gestionado, ya que los árboles nuevos absorberán dióxido de carbono del aire a medida que crecen. [28] Sin embargo, el establecimiento y cultivo de cultivos bioenergéticos puede desplazar los ecosistemas naturales , degradar los suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [29] [30]
Aproximadamente un tercio de toda la madera utilizada para calentar y cocinar de forma tradicional en las zonas tropicales se cosecha de forma insostenible. [31] Las materias primas para la bioenergía normalmente requieren cantidades significativas de energía para cosecharlas, secarlas y transportarlas; el uso de energía para estos procesos puede emitir gases de efecto invernadero. En algunos casos, los impactos del cambio de uso de la tierra , el cultivo y el procesamiento pueden resultar en mayores emisiones generales de carbono para la bioenergía en comparación con el uso de combustibles fósiles. [30] [32]
El uso de tierras agrícolas para el cultivo de biomasa puede dar lugar a que haya menos tierra disponible para cultivar alimentos . En Estados Unidos, alrededor del 10% de la gasolina de motor ha sido sustituida por etanol a base de maíz , que requiere una proporción importante de la cosecha. [33] [34] En Malasia e Indonesia, la tala de bosques para producir aceite de palma para biodiesel ha provocado graves efectos sociales y ambientales , ya que estos bosques son sumideros de carbono y hábitats críticos para diversas especies. [35] [36] Dado que la fotosíntesis captura solo una pequeña fracción de la energía de la luz solar, producir una cantidad determinada de bioenergía requiere una gran cantidad de tierra en comparación con otras fuentes de energía renovables. [37]La bioenergía puede mitigar (es decir, reducir) o aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero . También hay acuerdo en que los impactos ambientales locales pueden ser problemáticos. [ cita necesaria ] Por ejemplo, el aumento de la demanda de biomasa puede crear una presión social y ambiental significativa en los lugares donde se produce la biomasa. [38] El impacto está relacionado principalmente con la baja densidad de potencia superficial de la biomasa. La baja densidad de energía superficial tiene el efecto de que se necesitan superficies de tierra mucho más grandes para producir la misma cantidad de energía, en comparación, por ejemplo, con los combustibles fósiles .
El transporte de biomasa a larga distancia ha sido criticado por ser un desperdicio e insostenible [39] y ha habido protestas contra la exportación de biomasa forestal en Suecia [40] y Canadá. [41]
En 2020, la bioenergía produjo 58 EJ ( exajulios ) de energía, en comparación con 172 EJ del petróleo crudo , 157 EJ del carbón, 138 EJ del gas natural , 29 EJ de la energía nuclear, 16 EJ de la energía hidráulica y 15 EJ de la energía eólica , solar y geotérmica combinadas. . [42] La mayor parte de la bioenergía mundial se produce a partir de recursos forestales. [43] : 3 [44] : 1
En general, la expansión de la bioenergía cayó un 50% en 2020. China y Europa son las únicas dos regiones que informaron una expansión significativa en 2020, agregando 2 GW y 1,2 GW de capacidad de bioenergía, respectivamente. [45]
Casi todos los residuos de aserradero disponibles ya se utilizan para la producción de pellets, por lo que no hay margen para la expansión. Para que el sector de la bioenergía se expanda significativamente en el futuro, una mayor parte de la madera para pulpa recolectada debe destinarse a fábricas de pellets. Sin embargo, la recolección de madera para pulpa (clareo de árboles) elimina la posibilidad de que estos árboles envejezcan y, por lo tanto, maximicen su capacidad de retención de carbono. [46] : 19 En comparación con la madera para pasta, los residuos de los aserraderos tienen menores emisiones netas: "Algunos tipos de materia prima de biomasa pueden ser neutros en carbono, al menos durante un período de unos pocos años, incluidos en particular los residuos de los aserraderos. Se trata de desechos de otros bosques. operaciones que no implican recolección adicional, y si de otro modo se queman como desechos o se dejan pudrir, liberarían carbono a la atmósfera en cualquier caso". [46] : 68
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