La biomasa, en el contexto de la producción de energía , es materia de organismos recientemente vivos (pero ahora muertos) que se utiliza para la producción de bioenergía . Los ejemplos incluyen madera, residuos de madera, cultivos energéticos , residuos agrícolas, incluida la paja , y desechos orgánicos de la industria y los hogares. [1] La madera y los residuos de madera constituyen actualmente la mayor fuente de energía de biomasa. La madera puede utilizarse como combustible directamente o procesarse para obtener pellets u otras formas de combustible. También se pueden utilizar otras plantas como combustible, por ejemplo maíz , pasto varilla , miscanto y bambú . [2] Las principales materias primas de residuos son los residuos de madera, los residuos agrícolas , los residuos sólidos urbanos 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.
El impacto climático de la bioenergía varía considerablemente dependiendo de dónde provienen las materias primas de biomasa y cómo se cultivan. [3] Por ejemplo, quemar 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 eliminarán dióxido de carbono del aire a medida que crecen. [4] Sin embargo, el establecimiento y cultivo de cultivos bioenergéticos puede desplazar ecosistemas naturales , degradar suelos , quitar tierras para la producción de alimentos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [5] [6]
En 2020, la biomasa 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. . [7] [a] Aproximadamente el 86% de la bioenergía moderna se utiliza para aplicaciones de calefacción, el 9% para el transporte y el 5% para electricidad . [b] La mayor parte de la bioenergía mundial se produce a partir de recursos forestales. [C]
El escenario Net Zero para 2050 de la AIE 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. [8] El IPCC (Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático) ) cree que la bioenergía tiene un importante potencial de mitigación del cambio climático si se aplica correctamente. [d] La mayoría de las vías del IPCC incluyen contribuciones sustanciales de la bioenergía en 2050 (promedio de 200 EJ). [9]
La biomasa (en el contexto de la generación de energía) es materia de organismos recientemente vivos (pero ahora muertos) que se utiliza para la producción de bioenergía . Existen variaciones en la forma en que se define dicha biomasa para energía, por ejemplo, sólo de plantas, [10] o de plantas y algas, [11] o de plantas y animales. [12] La gran mayoría de la biomasa utilizada para bioenergía proviene de plantas. La bioenergía es un tipo de energía renovable con potencial para ayudar a mitigar el cambio climático . [13]
Algunas personas utilizan los términos biomasa y biocombustible indistintamente, pero ahora es más común considerar que el biocombustible es un combustible líquido o gaseoso utilizado para el transporte, según lo definen las autoridades gubernamentales de EE. UU. y la UE. [e] [f] Desde esa perspectiva, el biocombustible es un subconjunto de la biomasa.
El Centro Común de Investigación de la Unión Europea define el biocombustible sólido como materia orgánica cruda o procesada de origen biológico utilizada para obtener energía, como leña, astillas de madera y pellets de madera . [14] : 20-21
Se utilizan distintos tipos de biomasa para distintos fines:
La biomasa se clasifica como biomasa recolectada directamente para obtener energía (biomasa primaria) o como residuos y desechos (biomasa secundaria). [15] [16]
Los principales tipos de biomasa aprovechados directamente para obtener energía son la madera , algunos cultivos alimentarios y todos los cultivos energéticos perennes . Un tercio de la superficie forestal mundial de 4 mil millones de hectáreas se utiliza para la producción de madera u otros fines comerciales, [17] y los bosques proporcionan el 85% de toda la biomasa utilizada para energía a nivel mundial. [c] En la UE, los bosques proporcionan el 60% de toda la biomasa utilizada para energía, [18] siendo los residuos y desechos de madera la fuente más importante. [19]
La biomasa leñosa utilizada para generar energía a menudo consiste en árboles y arbustos cosechados para fines tradicionales de cocina y calefacción , particularmente en los países en desarrollo, donde se utilizan 25 EJ por año en todo el mundo para estos fines. [20] Esta práctica es altamente contaminante. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que la contaminación relacionada con la cocina causa 3,8 millones de muertes al año. [21] El Objetivo de Desarrollo Sostenible 7 de las Naciones Unidas apunta a que el uso tradicional de biomasa para cocinar se elimine gradualmente para 2030. [22] Los montes bajos de rotación corta [g] y los bosques de rotación corta [h] también se aprovechan directamente para obtener energía. , proporcionando 4 EJ de energía, [20] y se consideran sostenibles. Se estima el potencial de que estos cultivos y los cultivos energéticos perennes proporcionen al menos 25 EJ al año para 2050. [20] [yo]
Los cultivos alimentarios cosechados para obtener energía incluyen cultivos productores de azúcar (como la caña de azúcar ), cultivos productores de almidón (como el maíz ) y cultivos productores de aceite (como la colza ). [23] La caña de azúcar es un cultivo perenne , mientras que el maíz y la colza son cultivos anuales. Los cultivos productores de azúcar y almidón se utilizan para producir bioetanol , y los cultivos productores de aceite se utilizan para producir biodiesel . Estados Unidos es el mayor productor de bioetanol, mientras que la Unión Europea es el mayor productor de biodiesel. [24] La producción mundial de bioetanol y biodiesel proporciona 2,2 y 1,5 EJ de energía al año, respectivamente. [25] El biocombustible elaborado a partir de cultivos alimentarios cosechados para obtener energía también se conoce como biocombustible de "primera generación" o "tradicional" y tiene un ahorro de emisiones relativamente bajo.
El IPCC estima que entre 320 y 1400 millones de hectáreas de tierras marginales son aptas para la bioenergía en todo el mundo. [j]
Los residuos y desechos son subproductos del material biológico recolectado principalmente con fines no energéticos. Los subproductos más importantes son los residuos de madera, los residuos agrícolas y los residuos municipales/industriales:
Los residuos de madera son subproductos de las operaciones forestales o de la industria procesadora de la madera . Si los residuos no se hubieran recolectado y utilizado para bioenergía, se habrían descompuesto (y por lo tanto producido emisiones) [k] en el suelo del bosque o en vertederos, o se habrían quemado (y producido emisiones) al costado de la carretera en los bosques o en el exterior. instalaciones de procesamiento de madera. [26]
Los subproductos de las operaciones forestales se denominan residuos de tala o residuos forestales y consisten en copas de árboles, ramas, tocones, árboles dañados o moribundos o muertos, secciones de tallos irregulares o doblados, raleos (árboles pequeños que se talan para ayudar los árboles más grandes crecen), y los árboles se eliminan para reducir el riesgo de incendios forestales. [l] El nivel de extracción de los residuos de la tala difiere de una región a otra, [m] [n] pero existe un interés creciente en utilizar esta materia prima, [o] ya que el potencial sostenible es grande (15 EJ al año). [p] El 68% de la biomasa forestal total en la UE está formada por tallos de madera, y el 32% por tocones, ramas y copas. [27]
Los subproductos de la industria de procesamiento de la madera se denominan residuos del procesamiento de la madera y consisten en recortes, virutas, serrín, corteza y licor negro. [28] Los residuos del procesamiento de la madera tienen un contenido energético total de 5,5 EJ al año. [29] Los pellets de madera se fabrican principalmente a partir de residuos del procesamiento de la madera, [q] y tienen un contenido energético total de 0,7 EJ. [r] Las astillas de madera se fabrican a partir de una combinación de materias primas [30] y tienen un contenido energético total de 0,8 EJ. [s]
El contenido energético de los residuos agrícolas utilizados para obtener energía es de aproximadamente 2 EJ. [t] Sin embargo, los residuos agrícolas tienen un gran potencial sin explotar. El contenido energético de la producción mundial de residuos agrícolas se ha estimado en 78 EJ al año, siendo la mayor parte procedente de la paja (51 EJ). [u] Otros han estimado entre 18 y 82 EJ. [v] Se espera que el uso de residuos y desechos agrícolas que sea sostenible y económicamente viable [15] : 9 aumente a entre 37 y 66 EJ en 2030. [w]
Los residuos municipales produjeron 1,4 EJ y los residuos industriales 1,1 EJ. [31] Los residuos de madera de las ciudades y la industria también produjeron 1,1 EJ. [29] El potencial sostenible de los residuos de madera se ha estimado entre 2 y 10 EJ. [32] La AIE recomienda un aumento espectacular en la utilización de residuos a 45 EJ anualmente en 2050. [8]
La biomasa cruda se puede convertir en un combustible mejor y más práctico simplemente compactándola (por ejemplo, pellets de madera) o mediante diferentes conversiones clasificadas en términos generales como térmicas, químicas y bioquímicas. [33] La conversión de biomasa reduce los costos de transporte, ya que es más barato transportar productos de alta densidad. [15] : 53
La mejora térmica produce combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, siendo el calor el motor de conversión dominante. Las alternativas básicas son la torrefacción , la pirólisis y la gasificación , estas se separan principalmente por hasta qué punto se permite que avancen las reacciones químicas involucradas. El avance de las reacciones químicas está controlado principalmente por la cantidad de oxígeno disponible y la temperatura de conversión.
La torrefacción es una forma leve de pirólisis en la que los materiales orgánicos se calientan a 400 a 600 °F (200 a 300 °C) en un ambiente con poco o nada de oxígeno. [34] [35] El proceso de calentamiento elimina (mediante gasificación) las partes de la biomasa que tienen el menor contenido energético, mientras que las partes con el mayor contenido energético permanecen. Es decir, aproximadamente un 30% de la biomasa se convierte en gas durante el proceso de torrefacción, mientras que un 70% permanece, normalmente en forma de pellets o briquetas compactadas . Este producto sólido es resistente al agua, fácil de moler, no corrosivo y contiene aproximadamente el 85% de la energía de la biomasa original. [36] Básicamente, la parte de masa se ha reducido más que la parte de energía, y la consecuencia es que el poder calorífico de la biomasa torrefactada aumenta significativamente, hasta el punto de que puede competir con los carbones utilizados para la generación de electricidad (carbón de vapor/térmico). La densidad energética de los carbones térmicos más comunes en la actualidad es de 22 a 26 GJ/t. [37] Existen otros procesos térmicos menos comunes, más experimentales o patentados que pueden ofrecer beneficios, como la mejora hidrotermal (a veces llamada torrefacción "húmeda"). [x] La ruta de mejora hidrotermal se puede utilizar tanto para contenidos de humedad bajos como altos. biomasa, por ejemplo, lodos acuosos. [38]
La pirólisis implica calentar materiales orgánicos a 800 a 900 °F (400 a 500 °C) en ausencia casi total de oxígeno. La pirólisis de biomasa produce combustibles como bioaceite, carbón vegetal, metano e hidrógeno. El hidrotratamiento se utiliza para procesar bioaceite (producido por pirólisis rápida) con hidrógeno a temperaturas y presiones elevadas en presencia de un catalizador para producir diésel renovable, gasolina renovable y combustible para aviones renovable. [39]
La gasificación implica calentar materiales orgánicos a 1400–1700 °F (800–900 °C) con inyecciones de cantidades controladas de oxígeno y/o vapor en el recipiente para producir un gas rico en monóxido de carbono y hidrógeno llamado gas de síntesis o gas de síntesis. El gas de síntesis se puede utilizar como combustible para motores diésel, para calefacción y para generar electricidad en turbinas de gas. También se puede tratar para separar el hidrógeno del gas, y el hidrógeno se puede quemar o utilizar en pilas de combustible. El gas de síntesis se puede procesar aún más para producir combustibles líquidos mediante el proceso de síntesis de Fischer-Tropsch . [33] [40]
Se pueden utilizar diversos procesos químicos para convertir la biomasa en otras formas, como por ejemplo para producir un combustible que sea más práctico de almacenar, transportar y utilizar, o para explotar alguna propiedad del proceso en sí. Muchos de estos procesos se basan en gran parte en procesos similares basados en carbón, como la síntesis de Fischer-Tropsch. [41] Se utiliza un proceso de conversión química conocido como transesterificación para convertir aceites vegetales , grasas animales y grasas en ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), que se utilizan para producir biodiesel. [33]
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 . [42]
La fermentación convierte la biomasa en bioetanol y la digestión anaeróbica convierte la biomasa en gas natural renovable ( biogás ). El bioetanol se utiliza como combustible para vehículos. El gas natural renovable, también llamado biogás o biometano, se produce en digestores anaeróbicos en plantas de tratamiento de aguas residuales y en operaciones lecheras y ganaderas. También se forma y puede capturarse en los vertederos de desechos sólidos. El gas natural renovable adecuadamente tratado tiene los mismos usos que el gas natural de combustible fósil. [33]
El impacto climático de la bioenergía varía considerablemente dependiendo de dónde provienen las materias primas de biomasa y cómo se cultivan. [43] 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 crezcan. [44] Sin embargo, el establecimiento y cultivo de cultivos bioenergéticos puede desplazar ecosistemas naturales , degradar suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [5] [6] Aproximadamente un tercio de toda la madera utilizada para calefacción y cocina tradicionales en áreas tropicales se cosecha de manera insostenible. [45] 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. [6] [46]
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. [47] [48] 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. [49] [50] 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. [51]
Los biocombustibles de segunda generación que se producen a partir de plantas o desechos no alimentarios reducen la competencia con la producción de alimentos, pero pueden tener otros efectos negativos, incluidas compensaciones con las áreas de conservación y la contaminación del aire local. [43] Las fuentes relativamente sostenibles de biomasa incluyen algas , desechos y cultivos cultivados en suelos inadecuados para la producción de alimentos. [43]Respecto a la cuestión de las consecuencias climáticas para la bioenergía moderna, el IPCC afirma: "Las emisiones de GEI durante el ciclo de vida de las alternativas modernas a la bioenergía suelen ser menores que las de los combustibles fósiles ". [52] En consecuencia, la mayoría de las vías de mitigación de GEI del IPCC incluyen un despliegue sustancial de tecnologías de bioenergía. [9]
Algunos grupos de investigación afirman que incluso si las reservas de carbono de los bosques europeos y norteamericanos están aumentando, simplemente los árboles talados tardan demasiado en volver a crecer. La bioenergía procedente de fuentes con altos tiempos de recuperación y paridad tarda mucho en tener un impacto en la mitigación del cambio climático. Por lo tanto, sugieren que la UE debería ajustar sus criterios de sostenibilidad para que sólo la energía renovable con tiempos de recuperación de carbono de menos de 10 años se defina como sostenible, [y] por ejemplo, la eólica, la solar, la biomasa a partir de residuos de madera y los aclareos de árboles que de otro modo serían que se queman o se descomponen relativamente rápido, y la biomasa proviene del rebrote de rotación corta (SRC). [53]
El IPCC afirma: "Si bien los rodales individuales de un bosque pueden ser fuentes o sumideros, el balance de carbono forestal está determinado por la suma del balance neto de todos los rodales". [54] El IPCC también afirma que el único enfoque universalmente aplicable a la contabilidad del carbono es el que tiene en cuenta tanto las emisiones como la absorción (absorción) de carbono para las tierras gestionadas (por ejemplo, paisajes forestales) . [55] : 2.67 Cuando se calcula el total, Se restan las perturbaciones naturales como incendios e infestaciones de insectos, y lo que queda es la influencia humana. [z]
La IEA Bioenergy afirma que un enfoque exclusivo en el corto plazo hace que sea más difícil lograr una mitigación eficiente de las emisiones de carbono en el largo plazo, y compara las inversiones en nuevas tecnologías de bioenergía con inversiones en otras tecnologías de energía renovable que solo proporcionan reducciones de emisiones después de 2030, por ejemplo la la ampliación de la fabricación de baterías o el desarrollo de infraestructuras ferroviarias. [aa] Las estrategias para evitar las emisiones de carbono forestal brindan un beneficio de mitigación a corto plazo, pero los beneficios a largo plazo de las actividades forestales sostenibles proporcionan productos forestales y recursos energéticos continuos. [54]
La mayoría de las vías de mitigación de GEI del IPCC incluyen un despliegue sustancial de tecnologías bioenergéticas. [9] Las vías de bioenergía limitadas o inexistentes conducen a un aumento del cambio climático o al desplazamiento de la carga de mitigación de la bioenergía a otros sectores. [d] Además, los costos de mitigación aumentan. [ab]
Es probable que los escenarios con emisiones de carbono positivas sean emisores netos de CO 2 , los proyectos con emisiones de carbono negativas sean absorbentes netos de CO 2 , mientras que los proyectos con emisiones de carbono neutrales equilibren las emisiones y la absorción por igual. [56]
Es común incluir escenarios alternativos (también llamados "escenarios de referencia" o "contrafactuales") para comparar. [14] : 83 Los escenarios alternativos varían desde escenarios con sólo cambios modestos en comparación con el proyecto existente, hasta escenarios radicalmente diferentes (es decir, protección forestal o contrafactuales de "no bioenergía"). Generalmente, la diferencia entre escenarios se considera como el potencial real de mitigación de carbono de los escenarios. [14] : 100
Además de la elección de un escenario alternativo, también es necesario tomar otras decisiones. Los llamados "límites del sistema" determinan qué emisiones/absorciones de carbono se incluirán en el cálculo real y cuáles se excluirán. Los límites del sistema incluyen límites temporales, espaciales, relacionados con la eficiencia y económicos. [28]
Por ejemplo, la intensidad real de carbono de la bioenergía varía según las técnicas de producción de biomasa y la duración del transporte.
Los límites temporales definen cuándo comenzar y finalizar el recuento de carbono. A veces se incluyen en el cálculo eventos "tempranos", por ejemplo, la absorción de carbono que se produce en el bosque antes de la cosecha inicial. A veces también se incluyen eventos "tardíos", por ejemplo, emisiones causadas por actividades al final de su vida útil de la infraestructura involucrada, por ejemplo, la demolición de fábricas. Dado que la emisión y absorción de carbono relacionada con un proyecto o escenario cambia con el tiempo, la emisión neta de carbono puede presentarse como dependiente del tiempo (por ejemplo, una curva que se mueve a lo largo de un eje temporal) o como un valor estático ; esto muestra las emisiones promedio calculadas durante un período de tiempo definido.
La curva de emisiones netas dependiente del tiempo normalmente mostrará emisiones altas al principio (si el conteo comienza cuando se cosecha la biomasa). Alternativamente, el punto de partida puede retroceder al evento de plantación; en este caso, la curva puede potencialmente moverse por debajo de cero (hacia territorio negativo en carbono) si no hay deuda de carbono derivada del cambio de uso de la tierra que pagar y, además, los árboles plantados absorben cada vez más carbono. La curva de emisiones luego aumenta en el momento de la cosecha. Luego, el carbono recolectado se distribuye en otros depósitos de carbono y la curva se mueve junto con la cantidad de carbono que se mueve a estos nuevos depósitos (eje Y) y el tiempo que tarda el carbono en salir de los depósitos y regreso al bosque a través de la atmósfera (eje X). Como se describió anteriormente, el tiempo de recuperación del carbono es el tiempo que tarda el carbono recolectado en regresar al bosque, y el tiempo de paridad del carbono es el tiempo que tarda el carbono almacenado en dos escenarios competitivos en alcanzar el mismo nivel. [C.A]
El valor estático de las emisiones de carbono se produce calculando la emisión neta anual promedio durante un período de tiempo específico. El período de tiempo específico puede ser la vida útil esperada de la infraestructura involucrada (típico de las evaluaciones del ciclo de vida; ACV), horizontes de tiempo relevantes para las políticas inspirados en el acuerdo de París (por ejemplo, el tiempo restante hasta 2030, 2050 o 2100), [57] períodos de tiempo basado en diferentes potenciales de calentamiento global (GWP; típicamente 20 o 100 años), [ad] u otros períodos de tiempo. En la UE, se utiliza un período de 20 años para cuantificar los efectos netos de carbono de un cambio de uso de la tierra. [ae] Generalmente en la legislación, se prefiere el enfoque numérico estático al enfoque dinámico de curva dependiente del tiempo. El número se expresa como el llamado "factor de emisión" (emisión neta por unidad de energía producida, por ejemplo kg CO 2 e por GJ), o incluso más simple como un porcentaje promedio de ahorro de gases de efecto invernadero para vías bioenergéticas específicas. [af] Los porcentajes de ahorro de gases de efecto invernadero publicados por la UE para rutas de bioenergía específicas utilizadas en la Directiva de Energía Renovable (RED) y otros documentos legales se basan en evaluaciones del ciclo de vida (LCA). [ag] [ah]
Los límites espaciales definen fronteras "geográficas" para los cálculos de emisión/absorción de carbono. Los dos límites espaciales más comunes para la absorción y emisión de CO 2 en los bosques son 1.) a lo largo de los bordes de una masa forestal particular y 2.) a lo largo de los bordes de un paisaje forestal completo, que incluye muchas masas forestales de edad creciente (el bosque los rodales se cosechan y replantan, uno tras otro, durante tantos años como rodales hay.) Una tercera opción es el llamado método de contabilidad de carbono a nivel creciente del rodal. El investigador tiene que decidir si centrarse en el rodal individual, en un número cada vez mayor de rodales o en todo el paisaje forestal. El IPCC recomienda la contabilidad del carbono a nivel de paisaje.
Además, el investigador tiene que decidir si las emisiones derivadas del cambio directo/indirecto del uso de la tierra deben incluirse en el cálculo. La mayoría de los investigadores incluyen las emisiones derivadas del cambio directo del uso de la tierra, por ejemplo, las emisiones causadas por la tala de un bosque para iniciar allí algún proyecto agrícola. La inclusión de los efectos indirectos del cambio en el uso de la tierra es más controvertida, ya que son difíciles de cuantificar con precisión. [ai] [aj] Otras opciones implican definir los probables límites espaciales de los bosques en el futuro.
Los límites relacionados con la eficiencia definen una gama de eficiencias de sustitución de combustible para diferentes vías de combustión de biomasa. Diferentes cadenas de suministro emiten diferentes cantidades de carbono por unidad de energía suministrada, y diferentes instalaciones de combustión convierten la energía química almacenada en diferentes combustibles en calor o energía eléctrica con diferentes eficiencias. El investigador debe conocer esto y elegir un rango de eficiencia realista para las diferentes vías de combustión de biomasa que se estén considerando. Las eficiencias elegidas se utilizan para calcular los llamados "factores de desplazamiento", números únicos que muestran cuán eficientemente se sustituye el carbono fósil por carbono biogénico. [58] [28] Si, por ejemplo, se queman 10 toneladas de carbono con una eficiencia la mitad de la de una planta de carbón moderna, sólo 5 toneladas de carbón se contarían realmente como desplazadas (factor de desplazamiento 0,5).
Generalmente, al combustible quemado en instalaciones de combustión ineficientes (viejas o pequeñas) se le asignan factores de desplazamiento más bajos que al combustible quemado en instalaciones eficientes (nuevas o grandes), ya que es necesario quemar más combustible (y por lo tanto liberar más CO2 ) para producir el combustible. misma cantidad de energía. [28]
El factor de desplazamiento varía con la intensidad de carbono tanto del combustible de biomasa como del combustible fósil desplazado. Si la bioenergía puede lograr emisiones negativas (por ejemplo, a partir de la forestación, las plantaciones de pastos energéticos y/o la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono ( BECCS ), [8] o si las fuentes de energía de combustibles fósiles con mayores emisiones en la cadena de suministro comienzan a entrar en funcionamiento ( (por ejemplo, debido al fracking o al mayor uso de gas de esquisto), el factor de desplazamiento comenzará a aumentar. Por otro lado, cuando comiencen a funcionar nuevas fuentes de energía de base con menores emisiones que los combustibles fósiles, el factor de desplazamiento comenzará a aumentar. El hecho de que un cambio en el factor de desplazamiento se incluya o no en el cálculo depende de si se espera que tenga lugar dentro del período de tiempo cubierto por los límites temporales del sistema del escenario relevante .
Los límites económicos definen qué efectos de mercado incluir en el cálculo, si corresponde. El cambio en las condiciones del mercado puede provocar cambios pequeños o grandes en las emisiones y absorciones de carbono de las cadenas de suministro y los bosques, [28] por ejemplo, cambios en la superficie forestal como respuesta a cambios en la demanda. Los acontecimientos macroeconómicos y los cambios de políticas pueden tener impactos en las reservas de carbono forestal. [al] Sin embargo, al igual que con los cambios indirectos en el uso de la tierra, los cambios económicos pueden ser difíciles de cuantificar, por lo que algunos investigadores prefieren dejarlos fuera del cálculo. [soy]
Los límites del sistema elegidos son muy importantes para los resultados calculados. [28] Se calculan tiempos de recuperación/paridad más cortos cuando aumentan la intensidad del carbono fósil, la tasa de crecimiento forestal y la eficiencia de conversión de biomasa, o cuando disminuyen las existencias iniciales de carbono forestal y/o el nivel de extracción . [59] También se calculan tiempos de recuperación/paridad más cortos cuando el investigador elige la contabilidad de carbono a nivel de paisaje en lugar de a nivel de rodal (si la contabilidad de carbono comienza en la cosecha en lugar de en el evento de plantación). Por el contrario, se calculan tiempos de recuperación/paridad más largos cuando la intensidad de carbono , la tasa de crecimiento y la eficiencia de conversión disminuyen , o cuando la reserva inicial de carbono y/o el nivel de captura aumentan , o el investigador elige la contabilidad de carbono a nivel de rodal sobre el nivel de paisaje. [un]
Los críticos argumentan que se toman decisiones poco realistas sobre los límites del sistema, [ao] o que los límites estrechos del sistema conducen a conclusiones engañosas. [28] Otros argumentan que la amplia gama de resultados muestra que hay demasiado margen de maniobra disponible y que, por lo tanto, los cálculos son inútiles para el desarrollo de políticas. [ap] El Centro Común de Investigación de la UE está de acuerdo en que diferentes metodologías producen diferentes resultados, [aq] pero también argumenta que esto es de esperarse, ya que diferentes investigadores, consciente o inconscientemente, eligen diferentes escenarios/metodologías alternativas como resultado de sus ideales éticos con respecto al estado óptimo del hombre. relación con la naturaleza. Los investigadores deberían hacer explícito el núcleo ético del debate sobre la sostenibilidad, en lugar de ocultarlo. [Arkansas]
Las emisiones de GEI por unidad de energía producida en el punto de combustión dependen del contenido de humedad del combustible, las diferencias químicas entre los combustibles y las eficiencias de conversión. Por ejemplo, la biomasa bruta puede tener un mayor contenido de humedad en comparación con algunos tipos de carbón comunes. Cuando este es el caso, una mayor parte de la energía inherente a la madera debe gastarse únicamente en evaporar la humedad, en comparación con el carbón más seco, lo que significa que la cantidad de CO 2 emitida por unidad de calor producido será mayor. [60]
Muchas instalaciones de combustión exclusivamente de biomasa son relativamente pequeñas e ineficientes, en comparación con las plantas de carbón, que suelen ser mucho más grandes. Además, la biomasa bruta (por ejemplo, astillas de madera) puede tener un mayor contenido de humedad que el carbón (especialmente si el carbón se ha secado). Cuando este es el caso, una mayor parte de la energía inherente a la madera debe gastarse únicamente en evaporar la humedad, en comparación con el carbón más seco, lo que significa que la cantidad de CO 2 emitida por unidad de calor producida será mayor. Este problema de humedad puede mitigarse con modernas instalaciones de combustión. [como]
La biomasa forestal produce en promedio entre un 10 y un 16% más de CO 2 que el carbón. [61] : 3 Sin embargo, centrarse en las emisiones brutas no tiene sentido: lo que cuenta es el efecto climático neto de las emisiones y la absorción, tomadas en conjunto. [62] : 386 [61] : 3–4 IEA Bioenergy concluye que el CO 2 adicional de la biomasa "[...] es irrelevante si la biomasa se deriva de bosques gestionados de forma sostenible". [61] : 3
El uso de madera de tallo boreal recolectada exclusivamente para bioenergía tiene un impacto climático positivo sólo a largo plazo, mientras que el uso de residuos de madera también tiene un impacto climático positivo a corto y medio plazo. [en]
Se producen tiempos cortos de recuperación/paridad de carbono cuando el escenario más realista sin bioenergía es un escenario forestal tradicional donde se cosechan tallos de madera "buena" para la producción de madera y los residuos se queman o se dejan en el bosque o en los vertederos. La recolección de tales residuos proporciona material que "[...] habría liberado su carbono (mediante desintegración o quema) de nuevo a la atmósfera de todos modos (en períodos de tiempo definidos por la tasa de desintegración del bioma) [...]". [63] En otras palabras, los tiempos de recuperación y paridad dependen de la velocidad de caída. La velocidad de descomposición depende de a.) la ubicación (porque la velocidad de descomposición es "[...] aproximadamente proporcional a la temperatura y la lluvia [...]" [64] ), y b.) el espesor de los residuos. [au] Los residuos se descomponen más rápido en áreas cálidas y húmedas, y los residuos finos se descomponen más rápido que los residuos gruesos. Por lo tanto, los residuos finos en los bosques templados cálidos y húmedos tienen la descomposición más rápida, mientras que los residuos espesos en los bosques boreales fríos y secos tienen la descomposición más lenta. Si, por el contrario, los residuos se queman en un escenario sin bioenergía, por ejemplo fuera de las fábricas o al borde de las carreteras en los bosques, las emisiones son instantáneas. En este caso, los tiempos de paridad se acercan a cero. [AV]
Al igual que otros científicos, el personal del CCI observa la gran variabilidad en los resultados de la contabilidad del carbono y la atribuye a diferentes metodologías. [aw] En los estudios examinados, el CCI encontró tiempos de paridad de carbono de 0 a 400 años para la madera de tallo recolectada exclusivamente para bioenergía, dependiendo de diferentes características y supuestos tanto para el sistema forestal/bioenergético como para el sistema fósil alternativo, con una intensidad de emisión de Los combustibles fósiles desplazados se consideran el factor más importante, seguido de la eficiencia de conversión y la tasa de crecimiento de la biomasa/tiempo de rotación. Otros factores relevantes para el tiempo de paridad de carbono son el stock inicial de carbono y el nivel de captura existente; tanto una mayor reserva inicial de carbono como un mayor nivel de captura significan tiempos de paridad más largos. [65] Los biocombustibles líquidos tienen tiempos de paridad altos porque aproximadamente la mitad del contenido energético de la biomasa se pierde en el procesamiento. [hacha]
El Centro Común de Investigación de la UE ha examinado una serie de estimaciones de emisiones de bioenergía que se encuentran en la literatura y ha calculado porcentajes de ahorro de gases de efecto invernadero para las vías de la bioenergía en la producción de calor, la producción de combustible para el transporte y la producción de electricidad, basándose en esos estudios. Los cálculos se basan en el principio contable atribucional del ACV. Incluye todas las emisiones de la cadena de suministro, desde la extracción de materias primas, pasando por la producción y fabricación de energía y materiales, hasta el tratamiento al final de su vida útil y su eliminación final. También incluye emisiones relacionadas con la producción de combustibles fósiles utilizados en la cadena de suministro. Excluye los efectos de emisión/absorción que tienen lugar fuera de los límites de su sistema, por ejemplo, los efectos relacionados con el mercado, los biogeofísicos (por ejemplo, el albedo) y los dependientes del tiempo. Los autores concluyen que "la mayoría de los productos de origen biológico liberan menos GEI que los productos fósiles a lo largo de su cadena de suministro; pero la magnitud de las emisiones de GEI varía mucho según la logística, el tipo de materias primas, la gestión de la tierra y los ecosistemas, la eficiencia de los recursos y la tecnología. " [67]
Debido al variado potencial de mitigación climática de las diferentes vías de biocombustibles, los gobiernos y organizaciones establecen diferentes esquemas de certificación para garantizar que el uso de la biomasa sea sostenible, por ejemplo, la RED (Directiva de Energías Renovables) en la UE y la norma ISO 13065 de la Organización Internacional para el Desarrollo. Estandarización. [68] En Estados Unidos, el RFS (Renewables Fuel Standard) limita el uso de biocombustibles tradicionales y define las emisiones mínimas de GEI durante el ciclo de vida que son aceptables. Los biocombustibles se consideran tradicionales si logran hasta un 20% de reducción de emisiones de GEI respecto a su equivalente petroquímico, avanzados si ahorran al menos un 50%, y celulósicos si ahorran más del 60%. [sí]
La Directiva sobre energías renovables (RED) de la UE establece que el ahorro típico de emisiones de gases de efecto invernadero al sustituir los combustibles fósiles por pellets de madera procedentes de residuos forestales para la producción de calor varía entre el 69% y el 77%, dependiendo de la distancia del transporte: Cuando la distancia está entre 0 y 2500 km, el ahorro de emisiones es del 77%. El ahorro de emisiones cae al 75% cuando la distancia está entre 2.500 y 10.000 km, y al 69% cuando la distancia es superior a 10.000 km. Cuando se utiliza madera de tallo, el ahorro de emisiones varía entre el 70% y el 77%, dependiendo de la distancia del transporte. Cuando se utilizan residuos de la industria maderera, el ahorro varía entre el 79% y el 87%. [Arizona]
Dado que los largos tiempos de recuperación y paridad calculados para algunos proyectos forestales no se consideran un problema para los cultivos energéticos (excepto en los casos mencionados anteriormente), los investigadores calculan potenciales estáticos de mitigación climática para estos cultivos, utilizando métodos de contabilidad de carbono basados en ACV. Un proyecto de bioenergía basado en cultivos energéticos en particular se considera carbono positivo, carbono neutral o carbono negativo en función de la cantidad total de emisiones y absorciones equivalentes de CO 2 acumuladas a lo largo de toda su vida útil: si las emisiones durante la agricultura, el procesamiento, el transporte y la combustión son superiores a lo que es absorbido (y almacenado) por las plantas, tanto sobre como bajo tierra, durante la vida del proyecto, el proyecto es carbono positivo. Asimismo, si la absorción total es mayor que las emisiones totales, el proyecto es carbono negativo. En otras palabras, la negatividad del carbono es posible cuando la acumulación neta de carbono compensa con creces las emisiones netas de gases de efecto invernadero del ciclo de vida.
Por lo general, los cultivos perennes secuestran más carbono que los cultivos anuales porque se permite que la acumulación de raíces continúe sin perturbaciones durante muchos años. Además, los cultivos perennes evitan los procedimientos de labranza anual (arado, excavación) asociados con el cultivo de cultivos anuales. La labranza ayuda a las poblaciones de microbios del suelo a descomponer el carbono disponible, produciendo CO 2 . [ba] [62] : 393
Ahora existe (2018) consenso en la comunidad científica de que "[...] el balance de GEI [gases de efecto invernadero] del cultivo de cultivos bioenergéticos perennes será a menudo favorable [...]", también al considerar el impacto directo e indirecto implícito de la tierra. cambios de uso. [69] : 150
Es necesario tener en cuenta los impactos ambientales de la producción de biomasa. Por ejemplo, en 2022, la AIE afirmó que "la bioenergía es un pilar importante de la descarbonización en la transición energética como combustible con emisiones casi nulas" y que "se necesitan más esfuerzos para acelerar el despliegue de la bioenergía moderna para encaminarse hacia el Escenario Neto Cero". [...] al mismo tiempo que se garantiza que la producción de bioenergía no incurra en consecuencias sociales y ambientales negativas." [71]
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El IPCC afirma que hay desacuerdo sobre si los bosques mundiales se están reduciendo o no, y cita investigaciones que indican que la cubierta arbórea ha aumentado un 7,1% entre 1982 y 2016. [62] : 367 El IPCC escribe: "Si bien las reservas de carbono de la biomasa aérea están Se estima que están disminuyendo en los trópicos, pero están aumentando a nivel mundial debido al aumento de las reservas en los bosques templados y boreales [...]." [62] : 385
Los árboles viejos tienen una tasa de absorción de carbono muy alta, y la tala de árboles viejos significa que se pierde este gran potencial de absorción futura de carbono. [60] : 3 También hay una pérdida de carbono en el suelo debido a las operaciones de cosecha. [60] : 3
Los árboles viejos absorben más CO 2 que los árboles jóvenes, debido a que los árboles adultos tienen una mayor superficie foliar. [73] Sin embargo, el bosque viejo (en su conjunto) eventualmente dejará de absorber CO 2 porque las emisiones de CO 2 de los árboles muertos anulan la absorción de CO 2 de los árboles vivos restantes . [bb] Los bosques antiguos (o masas forestales) también son vulnerables a las perturbaciones naturales que producen CO 2 . El IPCC encontró que "[...] los paisajes con bosques más viejos han acumulado más carbono pero su fuerza de sumidero está disminuyendo, mientras que los paisajes con bosques más jóvenes contienen menos carbono pero están eliminando CO 2 de la atmósfera a un ritmo mucho mayor [.. .]." [62] : 386
El IPCC afirma que el efecto climático neto de la conversión de bosques no gestionados a bosques gestionados puede ser positivo o negativo, según las circunstancias. La reserva de carbono se reduce , pero como los bosques gestionados crecen más rápido que los bosques no gestionados, se absorbe más carbono . Se producen efectos climáticos positivos si la biomasa recolectada se utiliza de manera eficiente. [62] : 351 Existe una compensación entre los beneficios de tener una reserva de carbono forestal maximizada, no absorber más carbono, y los beneficios de tener una parte de esa reserva de carbono "desbloqueada" y, en cambio, funcionar como un reemplazo de combustible fósil renovable. herramienta, por ejemplo en sectores cuya descarbonización es difícil o costosa. [8] [a. C.]
La "competencia" entre el carbono forestal bloqueado y liberado podría ser ganada por el carbono liberado: "A largo plazo, el uso de biomasa forestal producida de manera sostenible como sustituto de productos intensivos en carbono y combustibles fósiles proporciona mayores reducciones permanentes en el CO 2 atmosférico. que la preservación." [74] : 39
IEA Bioenergy escribe: "los bosques gestionados para producir madera aserrada, bioenergía y otros productos madereros pueden hacer una mayor contribución a la mitigación del cambio climático que los bosques gestionados únicamente para la conservación". Se dan tres razones: [75]
Los datos de la FAO muestran que la mayoría de los pellets de madera se producen en regiones dominadas por bosques gestionados de forma sostenible, como Europa y América del Norte. Europa (incluida Rusia) produjo el 54% de los pellets de madera del mundo en 2019, y las reservas de carbono forestal en esta zona aumentaron de 158,7 a 172,4 Gt entre 1990 y 2020. En la UE, la biomasa forestal aérea aumenta un 1,3% anual En promedio, sin embargo, el aumento se está desacelerando porque los bosques están madurando. [76]
El Sistema de Comercio de Emisiones del Reino Unido permite a los operadores de instalaciones de generación de CO2 aplicar un factor de emisiones cero a la fracción utilizada con fines no energéticos, mientras que con fines energéticos (generación de electricidad, calefacción) se requiere una certificación adicional de sostenibilidad de la biomasa utilizada. [77]
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La producción de biomasa para bioenergía puede tener impactos negativos sobre la biodiversidad. [79] La palma aceitera y la caña de azúcar son ejemplos de cultivos que se han relacionado con una biodiversidad reducida . [80] Además, los cambios en la biodiversidad también afectan la producción primaria , lo que naturalmente afecta la descomposición y los organismos heterótrofos del suelo. [81]
Los escenarios en los que todos ganan (buenos para el clima, buenos para la biodiversidad) incluyen: [14] : 8–149
Los escenarios en los que todos ganan (buenos para el clima, malos para la biodiversidad) incluyen la forestación de ecosistemas de pastizales antiguos y ricos en biodiversidad que nunca fueron bosques, y la forestación de antiguas tierras agrícolas con plantaciones de monocultivos. [14] : 125-147
Los escenarios en los que todos ganan (malos para el clima, buenos para la biodiversidad) incluyen la expansión de los bosques naturales en antiguas tierras agrícolas. [14] : 125-147
Los escenarios en los que todos pierden incluyen un mayor uso de residuos forestales espesos, como tocones de algunos bosques boreales con tasas de descomposición lentas, y la conversión de bosques naturales en plantaciones forestales. [14] : 8-147
Otros problemas son la contaminación del suelo y el agua por el uso de fertilizantes y pesticidas [83] y la emisión de contaminantes del aire ambiente, principalmente por la quema de residuos en campos abiertos. [84]
El uso tradicional de leña en cocinas y fogones produce contaminantes que pueden tener graves consecuencias para la salud y el medio ambiente. Sin embargo, un cambio hacia la bioenergía moderna contribuye a mejorar los medios de vida y puede reducir la degradación de la tierra y los impactos en los servicios ecosistémicos . [62] : 375 Según el IPCC, hay pruebas sólidas de que la bioenergía moderna tiene "grandes impactos positivos" en la calidad del aire. [85] La bioenergía tradicional es ineficiente y la eliminación gradual de esta fuente de energía tiene grandes beneficios para la salud y grandes beneficios económicos. [8] Cuando se quema en instalaciones industriales, la mayoría de los contaminantes procedentes de la biomasa leñosa se reducen entre un 97% y un 99%, en comparación con la quema al aire libre. [86] La combustión de biomasa leñosa produce menores cantidades de partículas que el carbón para la misma cantidad de electricidad generada. [87]
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