La naturaleza perenne de Miscanthus × giganteus , su capacidad para crecer en tierras marginales, su eficiencia hídrica, su no invasividad, sus bajas necesidades de fertilizantes, su importante secuestro de carbono y su alto rendimiento han despertado un gran interés entre los investigadores, [d] y algunos argumentan que tiene " propiedades "ideales" de los cultivos energéticos . [e] Algunos argumentan que puede proporcionar emisiones negativas, mientras que otros destacan sus cualidades de limpieza del agua y mejora del suelo. Sin embargo, existen desafíos prácticos y económicos relacionados con su uso en la infraestructura de combustión existente basada en fósiles. Se están explorando la torrefacción y otras técnicas de mejora del combustible como contramedidas a este problema.
Áreas de uso
Miscanthus × giganteus se utiliza principalmente como materia prima para biocombustibles sólidos . Puede quemarse directamente o transformarse en pellets o briquetas. También se puede utilizar como materia prima para biocombustibles líquidos o biogás.
Alternativamente, también es posible utilizar el miscanto como material de construcción y como aislamiento. [f] Los materiales producidos a partir de miscanthus incluyen tableros de fibra, tableros compuestos de miscanthus/partículas de madera y bloques. Se puede utilizar como materia prima para pulpa y fibras, así como para productos moldeados, como platos, vasos, cartones desechables ecológicos, etc. La pulpa se puede procesar aún más para obtener metilcelulosa y usarse como aditivo alimentario y en muchas aplicaciones industriales. La fibra de miscanthus proporciona materia prima para el refuerzo de materiales biocompuestos o sintéticos. En la agricultura, la paja de miscanthus se utiliza como mantillo del suelo para retener la humedad del suelo, inhibir el crecimiento de malezas y prevenir la erosión. Además, la alta proporción de carbono y nitrógeno del miscanthus lo hace inhóspito para muchos microbios, lo que crea un lecho limpio para aves de corral, ganado vacuno, cerdos, caballos y animales de compañía. El miscanthus utilizado como lecho para caballos se puede combinar con la producción de fertilizante orgánico. [1] Miscanthus también se puede utilizar como fuente de fibra en alimentos para mascotas. [2]
Ciclo vital
Propagación
Miscanthus × giganteus se propaga cortando los rizomas (sus tallos subterráneos) en pedazos pequeños y luego replantando esos pedazos a 10 cm (4 pulgadas) bajo tierra. Se puede utilizar una hectárea (2,5 acres) de rizomas de miscanthus, cortados en trozos, para plantar de 10 a 30 hectáreas de nuevos campos de miscanthus (factor de multiplicación de 10 a 30). [g] La propagación del rizoma es una forma que requiere mucha mano de obra para plantar nuevos cultivos, pero solo ocurre una vez durante la vida de un cultivo. Se encuentran disponibles técnicas de propagación alternativas [3] o en desarrollo [h] [i] , como la propagación nodal. [j] Para la propagación basada en semillas, se prevé una reducción a la mitad del costo. [k]
Gestión
La planta requiere poco o ningún herbicida , y sólo al comienzo de sus dos primeras temporadas. Posteriormente, el denso dosel y el mantillo formado por las hojas muertas reducen eficazmente el crecimiento de malas hierbas. [4] [5] Debido a la alta eficiencia del uso del nitrógeno del miscanthus , generalmente tampoco se necesita [l] fertilizante. [m] La película de mantillo, por otro lado, ayuda a que tanto M. x giganteus como varios híbridos basados en semillas crezcan más rápido y más alto, con una mayor cantidad de tallos por planta, lo que reduce efectivamente la fase de establecimiento de tres años a dos. [n] La razón parece ser que esta película plástica mantiene la humedad en la capa superior del suelo y aumenta la temperatura. [o]
Producir
Estimación del rendimiento modelada por computadora para Miscanthus x giganteus en Europa (sin riego).Estimación del rendimiento modelada por computadora para Miscanthus × giganteus en EE. UU. (promedio basado en todos los tipos de suelo). Para ver un mapa con estimaciones de rendimiento entre 2 y 4 veces mayores, consulte Miguez et al. (figura 3). En este caso se excluyen del cálculo los tipos de suelo no rentables (por debajo de 10 t/ha). [6]
Miscanthus es inusualmente eficiente a la hora de convertir la radiación solar en biomasa , [p] y su eficiencia en el uso del agua se encuentra entre las más altas de cualquier cultivo. [q] Tiene el doble de eficiencia en el uso del agua que su compañera planta C4 de maíz , el doble de eficiencia que el cultivo energético C3 de sauce ( Salix viminalis ) y cuatro veces la eficiencia que la planta C3 de trigo. [r] La cosecha de invierno típica del Reino Unido de 11 a 14 toneladas de masa seca por hectárea (1,1 a 1,4 kilogramos por metro cuadrado (0,23 a 0,29 lb/pie cuadrado)) produce 200 a 250 GJ/ha (22 000 a 28 000 kWh/acre) de energía al año. Esto se compara favorablemente con el maíz (98 GJ/ha), la colza (25 GJ/ha) y el trigo / remolacha azucarera (7-15 GJ/ha). [s] En los EE. UU., se ha demostrado que M. × giganteus produce dos veces más que el pasto varilla. [7]
En muchos lugares de Europa, las plantaciones de miscanthus producen más energía neta que cualquier cultivo energético competidor, debido a los altos rendimientos y las bajas demandas de uso energético de la gestión agrícola. [t] Los principales competidores en cuanto a rendimiento son el sauce y el álamo, cultivados en plantaciones de monte bajo de rotación corta (SRC) o silvicultura de rotación corta (SRF). En el norte de Europa, los rendimientos invernales del sauce y el álamo se acercan y a veces superan al miscanthus en el mismo lugar. [u] A nivel mundial, la FAO estima que el rendimiento de las plantaciones forestales oscila entre 0,4 y 12,2 toneladas por hectárea (0,16 a 4,86 toneladas largas/acre; 0,18 a 5,44 toneladas cortas/acre) de masa seca por año. El pino ruso tiene el rendimiento más bajo (0,4–2 t/ha), mientras que el eucalipto en Argentina, Brasil, Chile y Uruguay, y el álamo en Francia/Italia, tienen el mayor, con 7,8–12,2 t/ha para el eucalipto y 2,7–8,4 t/ha para álamo. [v] El IPCC estima que el rendimiento global de las plantaciones forestales (antes de las pérdidas de cosechas) varía entre 0,4 y 25 toneladas, y la mayoría de las plantaciones producen entre 5 y 15 toneladas. Sin embargo, los bosques naturales tienen rendimientos más bajos, entre 0,1 y 9,3 toneladas secas por hectárea por año, y la mayoría de los bosques naturales producen entre 1 y 4 toneladas. [8] El rendimiento promedio de los bosques naturales en climas templados es de 1,5 a 2 toneladas secas por hectárea por año antes de las pérdidas relacionadas con la cosecha. [w] [9]
El rendimiento máximo del miscanthus se alcanza a finales del verano, pero la cosecha normalmente se retrasa hasta el invierno o principios de la primavera. El rendimiento es aproximadamente un tercio menor en este punto debido a la caída de las hojas, pero la calidad de la combustión es mayor (debido a las menores cantidades de humedad y cloro en la biomasa). El retraso en la cosecha también permite que el nitrógeno regrese al rizoma para que la planta lo utilice en la siguiente temporada de crecimiento. [X]
En Europa, el rendimiento máximo de masa seca (otoño) se ha medido en aproximadamente 10 a 40 toneladas por hectárea por año (4 a 16 toneladas por acre por año), dependiendo de la ubicación, con un rendimiento máximo medio de masa seca de 22 toneladas. [y] Los ensayos individuales muestran rendimientos máximos de 17 toneladas (Dinamarca), 17 a 30 toneladas (Alemania y Austria), 25 toneladas (Países Bajos), 39 toneladas (Portugal) y 42 a 49 toneladas (Francia). Los ensayos individuales también muestran rendimientos retrasados (invierno/primavera) de 10 toneladas (Dinamarca), 11 a 17 toneladas (Reino Unido), 14 toneladas (España), 10 a 20 toneladas (Alemania), 16 a 17 toneladas (Países Bajos), 22 toneladas (Austria), 20 a 25 toneladas (Italia), 26 a 30 toneladas (Portugal) y 30 toneladas (Francia). [1] Un ensayo diferente mostró un retraso en el rendimiento de 15 toneladas en Alemania. [z] Los investigadores han estimado un rendimiento retrasado medio de 10 toneladas para el Reino Unido, [aa] y entre 10,5 y 15 toneladas para el Reino Unido. [10]
Como puede verse, los rendimientos son mayores en el sur de Europa; en general, entre 25 y 30 toneladas en condiciones de secano (si la cosecha se retrasa hasta el invierno o la primavera). Con riego, las pruebas individuales en Portugal produjeron 36 toneladas, Italia entre 34 y 38 toneladas y Grecia entre 38 y 44 toneladas. [11] Los ensayos realizados en Illinois, EE. UU., produjeron entre 10 y 15 toneladas por acre (25 y 37 t/ha). Al igual que en Europa, los rendimientos aumentan a medida que se avanza hacia el sur.
En el caso de la biomasa en general, se espera que los rendimientos sean mayores en los climas tropicales que en los climas templados. [ab] Sin embargo, para Miscanthus × giganteus específicamente, los investigadores no están de acuerdo sobre el potencial de rendimiento. Dado que todavía no se han realizado pruebas de campo reales en los trópicos, sólo son posibles estimaciones basadas en la teoría. Algunos argumentan que la planta tolera el calor, [ac] y que el potencial de rendimiento está entre 60 y 100 toneladas secas por hectárea por año. [anuncio] Otros argumentan que la tolerancia al calor es baja y, posteriormente, predicen bajos rendimientos. [ae] Existe acuerdo en que otros genotipos de miscanthus tienen una alta tolerancia al calor, por ejemplo, Miscanthus Sinensis . [12] Se ha demostrado que otros tipos de pasto elefante claramente adaptados a las altas temperaturas (diferentes variantes de napier) producen hasta 80 toneladas por hectárea, [af] [ag] [ah] y los desarrolladores comerciales de pasto napier anuncian rendimientos de aproximadamente 100 toneladas secas. por hectárea por año, siempre que haya una cantidad adecuada de lluvia o riego disponible (100 mm por mes). [ai] [aj]
Total de tierras aptas para la agricultura, tierras ya utilizadas para la producción de alimentos y tierras disponibles para bioenergía en 2010, 2020 y 2030. [13]Terreno empinado y marginal.
En general, las expectativas de rendimiento son menores para las tierras marginales que para las tierras cultivables en la misma zona geográfica. La tierra marginal es tierra con problemas que limitan el crecimiento, por ejemplo, baja capacidad de almacenamiento de agua y nutrientes , alta salinidad , elementos tóxicos, textura pobre, poca profundidad del suelo, drenaje deficiente , baja fertilidad o terreno empinado. Dependiendo de cómo se defina el término, en el mundo existen entre 1,1 y 6,7 mil millones de hectáreas de tierra marginal. [ak] A modo de comparación, Europa consta de aproximadamente mil millones de hectáreas (10 millones de km2, o 3,9 millones de millas cuadradas), y Asia, de 4,5 mil millones de hectáreas (45 millones de km2 , o 17 millones de millas cuadradas). Según IRENA (Agencia Internacional de Energías Renovables), actualmente se utilizan 1.500 millones de hectáreas de tierra para la producción de alimentos en todo el mundo, mientras que "[...] alrededor de 1.400 millones de hectáreas [hectáreas] adicionales de tierra son aptas pero no utilizadas hasta la fecha y, por lo tanto, podrían asignarse para el suministro de bioenergía en el futuro". [14] El IPCC estima que hay entre 320 y 1400 millones de hectáreas de tierras marginales aptas para la bioenergía en el mundo. [al] El proyecto MAGIC de la UE estima que hay 45 millones de hectáreas (449 901 km2; comparable en tamaño a Suecia) de tierras marginales aptas para plantaciones de Miscanthus × giganteus en la Unión Europea, [15] con tres clases de rendimiento esperado (alto : 30–40 t/ha/año, medio: 20–30 t/ha/año y bajo: 0–20 t/ha/año). [dieciséis]
Miscanthus × giganteus es moderada o altamente tolerante al calor, la sequía, las inundaciones, la salinidad (por debajo de 100 mM ) y las temperaturas frías del suelo (hasta -3,4 °C o 25 °F). [am] Esta robustez hace posible establecer campos de miscanthus de rendimiento relativamente alto en tierras marginales, por ejemplo en zonas costeras, hábitats húmedos, pastizales, sitios de molienda abandonados, bordes de bosques, riberas de arroyos, estribaciones y laderas de montañas. [17] El 99% de las tierras marginales y salinas de Europa se pueden utilizar para plantaciones de M. × giganteus, con sólo una pérdida de rendimiento máxima esperada del 11%. [an] Dado que la salinidad de hasta 200 mM no afecta las raíces ni los rizomas, el secuestro de carbono continúa sin verse afectado. [ao] Los investigadores encontraron una pérdida de rendimiento del 36% en un sitio marginal limitado por las bajas temperaturas (Moscú), en comparación con el rendimiento máximo en tierras cultivables en Europa central. También encontraron una pérdida de rendimiento del 21% en un sitio marginal limitado por la sequía (Turquía), en comparación con los rendimientos máximos en suelos cultivables en Europa central. [ap]
Los investigadores predicen un rendimiento promedio de 14,6 toneladas secas por hectárea por año para el miscanthus en tierras marginales de China, un 12,6% por debajo del rendimiento promedio esperado en tierras cultivables. Calculan que el miscanthus en tierras marginales de China puede producir 31,7 EJ (exajulios) de energía al año, [18] una cantidad equivalente al 39% del consumo de carbón del país en 2019. [aq] Un ensayo individual en Irlanda mostró un rendimiento retrasado promedio de 9 toneladas por hectárea por año en un sitio afectado por las bajas temperaturas, el anegamiento durante el invierno y el suelo seco y agrietado durante el verano. [19] Los investigadores informaron rendimientos que oscilaron entre 17 y 31 toneladas en una variedad de suelos en los EE. UU. (Kentucky, Illinois, Nebraska, Nueva Jersey, Virginia y Carolina del Norte), y los compararon con un ensayo específico con miscanthus de 3 años ligeramente fertilizado. cultivos en suelos erosionados de arcilla, común en el Medio Oeste (una arcilla es una capa de arcilla debajo de la capa superior del suelo, lo que hace que el suelo sea marginal para los cultivos de cereales). Los cultivos de miscanthus produjeron entre 20 y 24 toneladas por hectárea por año (cosecha retrasada). Los autores concluyeron que "[...] los suelos de arcilla erosionados pueden no afectar negativamente el establecimiento o el rendimiento de Miscanthus". [20]
El software de predicción de rendimiento Miscanfor predice que 30 días de sequía del suelo es el tiempo medio máximo que un cultivo de miscanthus puede soportar antes de marchitarse, mientras que 60 días es el máximo antes de que sus rizomas mueran y el cultivo tenga que ser replantado. [ar] Además de una lluvia adecuada, la capacidad de retención de agua del suelo es importante para obtener altos rendimientos, especialmente en períodos secos. [como] En suelos con poca capacidad de retención de agua, el riego en la temporada de establecimiento es importante porque permite que las raíces lleguen mucho más profundamente bajo tierra, aumentando así la capacidad de las plantas para recolectar agua. [en] [au] [av]
Miscanthus crece relativamente bien en suelos contaminados por metales o por actividades industriales en general. [21] Por ejemplo, en un ensayo, se encontró que M. × giganteus absorbió el 52% del contenido de plomo y el 19% del contenido de arsénico en el suelo después de tres meses. [22] La absorción estabiliza los contaminantes para que no viajen al aire (en forma de polvo), al agua subterránea, a las aguas superficiales vecinas o a las áreas vecinas utilizadas para la producción de alimentos. [aw] Si se utiliza miscanthus contaminado como combustible, el sitio de combustión debe instalar el equipo adecuado para manejar esta situación. [23] Sin embargo, en general, "[…] Miscanthus es [un] cultivo adecuado para combinar la producción de biomasa y la restauración ecológica de tierras contaminadas y marginales". [24] Los investigadores sostienen que debido a la capacidad del miscanthus de ser "[…] productivo en tierras agrícolas de calidad inferior, incluidos suelos salinos y contaminados con metales pesados […]" puede "[…] contribuir a la intensificación sostenible de la agricultura, permitiendo "Los agricultores pueden diversificarse y proporcionar biomasa para un mercado en expansión sin comprometer la seguridad alimentaria". [25]
Rendimiento – comparación con otras fuentes de energía
Para calcular los requisitos de uso de la tierra para diferentes tipos de producción de energía, es esencial conocer las densidades de producción de energía superficial relevantes (por ejemplo, producción de energía por metro cuadrado).
La energía nuclear tiene densidades de potencia muy altas. La Central Nuclear Bruce , una de las centrales nucleares más grandes del mundo, ocupa un total de 932 hectáreas (2.300 acres) de terreno y tiene una producción térmica total de 22.656 MW. La producción eléctrica neta total es de 6.508 MW. La densidad de potencia real es, por tanto, 2.431 W/m 2 (225,8 W/pie cuadrado) para la producción térmica y 698,3 W/m 2 (64,87 W/pie cuadrado) para la producción eléctrica neta. Los campos petroleros también pueden ser muy densos en energía. El campo petrolífero de Ghawar produce petróleo equivalente a 7.955 exajulios (2.210 × 10 12 kWh) por año en un área de aproximadamente 8.400 kilómetros cuadrados (3.200 millas cuadradas). Si se promedian esas cifras a lo largo de un año, se obtienen 252,25 gigavatios o unos 30,03 W/m 2 (2,790 W/pie cuadrado).
Las densidades promedio de producción de energía superficial para los biocombustibles modernos, la producción de energía eólica, hidráulica y solar son 0,3 W/m 2 (0,028 W/pie cuadrado), 1 W/m 2 (0,093 W/pie cuadrado), 3 W/m 2 ( 0,28 W/pie cuadrado) y 5 W/m 2 (0,46 W/pie cuadrado), respectivamente (energía en forma de calor para biocombustibles y electricidad para energía eólica, hidráulica y solar). [26] La densidad de producción de energía superficial para las plantaciones de miscanthus destinadas a la producción de calor es de 0,6 W/m 2 por 10 toneladas de rendimiento por hectárea. En otras palabras, un rendimiento de 30 toneladas equivale a 1,8 W/m 2 , lo que efectivamente sitúa la densidad de potencia de una plantación con este rendimiento entre las densidades de potencia promedio de la eólica y la hidroeléctrica (ver más abajo). El consumo medio de energía humana en terrenos sin hielo es de 0,125 W/m 2 (0,0116 W/pie cuadrado) (calor y electricidad combinados), [27] aunque aumenta a 20 W/m 2 (1,9 W/pie cuadrado) en zonas urbanas. y zonas industriales. [28]
La razón de la baja densidad de energía de otros tipos de biocombustibles es una combinación de bajos rendimientos y una utilización sólo parcial de la planta (por ejemplo, el etanol se elabora típicamente a partir del contenido de azúcar de la caña de azúcar o del contenido de almidón del maíz, mientras que el biodiesel a menudo se elabora a partir del aceite contenido en colza o soja). Además, se producen pérdidas por conversión en la fermentación alcohólica (un proceso exotérmico) de azúcares en etanol.
Cuando se utilizan para la producción de etanol, las plantaciones de miscanthus con un rendimiento de 15 toneladas por hectárea por año generan sólo 0,40 W/m 2 . [29] Los campos de maíz generan 0,26 W/m 2 (rendimiento 10 t/ha). [30] En Brasil, los campos de caña de azúcar suelen generar 0,41 W/m 2 . [30] El trigo de invierno (EE.UU.) genera 0,08 W/m 2 y el trigo alemán genera 0,30 W/m 2 . [31] Cuando se cultiva como combustible para aviones, la soja genera 0,06 W/m 2 , mientras que el aceite de palma genera 0,65 W/m 2 . [32] La jathropa cultivada en tierras marginales genera 0,20 W/m 2 . [32] Cuando se cultiva para biodiesel, la colza genera 0,12 W/m 2 (promedio de la UE). [33] A diferencia del cultivo de miscanthus y la producción de combustible sólido, el cultivo típico de materia prima líquida para biocombustibles y la producción de combustible requieren grandes insumos de energía. Cuando se compensan estos insumos (cuando la energía utilizada se resta de la energía producida), la densidad de potencia cae aún más: la producción de biodiésel a base de colza en los Países Bajos tiene la mayor eficiencia energética de la UE con una densidad de potencia ajustada de 0,08 W/m 2 . mientras que el bioetanol a base de remolacha azucarera producido en España tiene el más bajo, con sólo 0,02 W/m 2 . [34]
El uso de biomasa sólida con fines energéticos es más eficiente que el uso de líquidos, ya que se puede aprovechar toda la planta. Por ejemplo, las plantaciones de maíz que producen biomasa sólida para combustión generan más del doble de energía por metro cuadrado en comparación con las plantaciones de maíz que producen etanol, cuando el rendimiento es el mismo: 10 t/ha generan 0,60 W/m 2 y 0,26 W/ m2. m 2 respectivamente, sin compensar el aporte de energía. [35] Se ha estimado que las plantaciones a gran escala de pinos, acacias, álamos y sauces en regiones templadas alcanzan rendimientos de 5 a 15 toneladas secas por hectárea por año, lo que significa una densidad de producción de energía superficial de 0,30 a 0,90 W/m. 2 . [36] Para plantaciones igualmente grandes, con eucaliptos, acacias, leucaena, pinus y dalbergia en regiones tropicales y subtropicales, los rendimientos suelen ser de 20 a 25 t/ha, lo que significa una densidad de producción de energía superficial de 1,20 a 1,50 W/m 2 . Tenga en cuenta que esta estimación de rendimiento es algo mayor que la estimación de la FAO anterior, y efectivamente coloca también las densidades de energía de estas plantaciones entre las densidades de la energía eólica e hidráulica. [36] En Brasil, el rendimiento promedio del eucalipto es de 21 t/ha, pero en África, India y el sudeste asiático, los rendimientos típicos del eucalipto son inferiores a 10 t/ha. [37]
La biomasa seca al horno en general, incluida la madera, el miscanthus [38] y el pasto napier [39] , tiene un contenido calórico de aproximadamente 18 megajulios por kilogramo (2,3 kWh/lb). [40] Al calcular la producción de energía por metro cuadrado, cada t/ha de rendimiento de biomasa seca aumenta la producción de energía de una plantación en 0,06 W/m 2 . [41] Como se mencionó anteriormente, el promedio mundial de producción de energía eólica, hidráulica y solar es de 1 W/m 2 , 3 W/m 2 y 5 W/m 2 respectivamente. Para igualar estas densidades de energía, los rendimientos de las plantaciones deben alcanzar 17 t/ha, 50 t/ha y 83 t/ha para la energía eólica, hidráulica y solar, respectivamente. Para igualar el promedio mundial de biocombustibles (0,3 W/m 2 ), las plantaciones deben producir 5 toneladas de masa seca por hectárea al año.
Sin embargo, tenga en cuenta que es necesario ajustar los rendimientos para compensar la cantidad de humedad en la biomasa (la evaporación de la humedad para alcanzar el punto de ignición suele ser un desperdicio de energía). La humedad de la paja o los fardos de biomasa varía según la humedad del aire circundante y las eventuales medidas de presecado, mientras que los pellets tienen un contenido de humedad estandarizado (definido por ISO) inferior al 10% (pellets de madera) [ax] y por debajo del 15% (otros pellets). ). [ay] Del mismo modo, en el caso de la energía eólica, hidráulica y solar, las pérdidas de transmisión por líneas eléctricas ascienden aproximadamente al 8% a nivel mundial y deben contabilizarse. [az] Si se va a utilizar la biomasa para la producción de electricidad en lugar de la producción de calor, los rendimientos deben triplicarse aproximadamente para poder competir con la energía eólica, hidráulica y solar, ya que la eficiencia actual de conversión de calor en electricidad ( eficiencia térmica ) es de solo 30– 40% en centrales térmicas . [42] Si simplemente se comparan las densidades de producción de energía superficial de los biocombustibles, la eólica, la hidroeléctrica y la solar, sin tener en cuenta el costo, esto efectivamente coloca a la energía hidroeléctrica y solar fuera del alcance incluso de las plantaciones de pasto elefante de mayor rendimiento, en términos de densidad de energía. [licenciado en Letras]
Tenga en cuenta que las centrales eléctricas de cogeneración y de ciclo combinado pueden lograr mayores eficiencias haciendo un mejor uso del calor residual . La planta de incineración de residuos de Copenhill produce calor para la red de calefacción urbana, además de electricidad. Según IEA Bioenergy tiene una eficiencia térmica neta combinada del 107% (NCV). [43]
Secuestro de carbón
Entrada/salida de carbono del suelo
Al final de cada temporada, la planta lleva los nutrientes al suelo. El color cambia de verde a amarillo/marrón.
Las plantas secuestran carbono a través de la fotosíntesis , un proceso impulsado por la luz solar en el que el CO 2 y el agua se absorben y luego se combinan para formar carbohidratos. El carbono absorbido se devuelve a la atmósfera en forma de CO 2 cuando se quema la biomasa recolectada, pero las partes subterráneas de la planta (raíces y rizomas) permanecen en el suelo y potencialmente pueden agregar cantidades sustanciales de carbono al suelo con el paso de los años.
La cantidad de carbono en el suelo está determinada por la tasa de entrada de carbono nuevo y la tasa de descomposición del carbono viejo. [44] [bb] El carbono del suelo que se deriva de las plantas es un continuo, que va desde la biomasa viva hasta el humus , [45] y se descompone en diferentes etapas. Se puede dividir en un depósito activo, uno lento y uno pasivo, con tiempos medios de residencia del carbono (MRT) de 0,1 a 2 años, 15 a 100 años y 500 a 5000 años para los tres depósitos, respectivamente. [46] El tiempo de residencia del carbono de la capa superior del suelo fue de 60 años en promedio en un experimento (específicamente 19 años para profundidades entre 0 y 10 centímetros (0,0 y 3,9 pulgadas), y 30 a 152 años para profundidades entre 10 y 50 centímetros (3,9 y 19,7 pulgadas). in).) El carbono por debajo de 50 centímetros (20 pulgadas) era estable. [47] La tasa real de descomposición del carbono en un lugar particular depende de muchos factores, por ejemplo, especies de plantas, tipo de suelo, temperatura y humedad. [48] Los investigadores no encontraron evidencia de una disminución de la acumulación de carbono orgánico en el suelo a medida que envejecía su cultivo de miscanthus de prueba, lo que significó que no hubo saturación de carbono en ese sitio durante 20 años. [49] Otros estiman entre 30 y 50 años de aumento continuo del carbono del suelo después de un cambio de uso de la tierra de cultivos anuales a cultivos perennes. [50] Se espera que la cantidad de carbono en el suelo bajo los campos de miscanthus aumente durante toda la vida del cultivo, pero posiblemente con un comienzo lento debido a la labranza inicial (arado, excavación) y las cantidades relativamente bajas de entrada de carbono en la fase de establecimiento. [bc] [bd] (La labranza ayuda a las poblaciones de microbios del suelo a descomponer el carbono disponible, produciendo CO 2 .) [be] [bf] Los investigadores sostienen que el alto almacenamiento de carbono debajo de los campos de miscanthus se debe a las altas proporciones de contaminación previa y directa -residuos de la cosecha (por ejemplo, hojas muertas), acumulación directa de humus, un sistema de raíces bien desarrollado y de largo alcance, bajas tasas de descomposición de los residuos vegetales debido a las altas proporciones de carbono a nitrógeno y ausencia de labranza (lo que conduce a una menor aireación del suelo ). ) [51]
Acumulación neta anual de carbono
Según el IPCC, un aumento del carbono del suelo es importante tanto para la mitigación como para la adaptación al clima. [bg] Varios estudios intentan cuantificar el aumento del carbono del suelo causado por el miscanthus en diversos lugares y en diversas circunstancias:
Dondini et al. encontraron 32 toneladas más de carbono por hectárea en un campo de miscanthus de 14 años que en el sitio de control, lo que sugiere una tasa media de acumulación de carbono de 2,29 toneladas por hectárea por año, o el 38% del carbono total cosechado por año. [bh] Asimismo, Milner et al. sugieren una tasa media de acumulación de carbono para todo el Reino Unido de 2,28 toneladas (también el 38% del carbono total recolectado por año), dado que se excluyen algunas tierras no rentables (0,4% del total). [bi] Nakajima et al. encontró una tasa de acumulación media de 1,96 toneladas debajo de un sitio de prueba universitario en Sapporo, Japón, equivalente al 16% del carbono total recolectado por año. Sin embargo, la prueba fue más corta, sólo 6 años. [bj] Hansen et al. encontró una tasa de acumulación de 0,97 toneladas por año durante 16 años en un sitio de prueba en Hornum, Dinamarca, equivalente al 28% del carbono total recolectado por año. [bk] McCalmont et al. comparó varios informes europeos individuales y encontró tasas de acumulación que oscilaban entre 0,42 y 3,8 toneladas, [bl] con una tasa de acumulación media de 1,84 toneladas, [bm] o el 25% del carbono total recolectado por año. [bn] La variación en el cambio anual de carbono del suelo es alta durante los primeros 2 a 5 años después de la siembra, pero después de 15 años la variación es insignificante. [bo]
Desafíos del transporte y la combustión
Descripción general
El desarrollo del proceso de torrefacción comenzó como investigación sobre el tostado del café, a finales del siglo XIX. [52]
La biomasa en general, incluido el miscanthus, tiene propiedades diferentes a las del carbón, por ejemplo en lo que respecta a la manipulación y el transporte, la molienda y la combustión. [53] Esto dificulta compartir la misma infraestructura logística, de molienda y de combustión. A menudo es necesario construir nuevas instalaciones de manipulación de biomasa, lo que aumenta los costes. [pb] Junto con el costo relativamente alto de la materia prima , esto a menudo conduce a una situación en la que los proyectos de biomasa tienen que recibir subsidios para ser económicamente viables. [bq] Sin embargo, actualmente se están explorando una serie de tecnologías de mejora del combustible que hacen que la biomasa sea más compatible con la infraestructura existente. La más madura de ellas es la torrefacción , básicamente una técnica avanzada de tostado que, cuando se combina con granulación o briquetas, influye significativamente en las propiedades de manipulación y transporte, la capacidad de molienda y la eficiencia de la combustión.
Densidad energética y costes de transporte.
Transporte de voluminosos fardos de miscanthus que absorben agua en Inglaterra.
Los chips de miscanthus tienen una densidad aparente de 50 a 130 kg/m 3 (84 a 219 lb/yd3), [br] fardos de 120 a 160 kg/m 3 (200 a 270 lb/yd3), [bs] mientras que los pellets y las briquetas tienen una densidad aparente de 500 y 600 kg/m 3 (840 y 1010 lb/cu yd) respectivamente. [54] La torrefacción va de la mano con esta tendencia hacia un producto más denso y, por lo tanto, más barato de transportar, específicamente aumentando la densidad energética del producto. La torrefacción elimina (por gasificación ) las partes de la biomasa que tiene menor contenido energético, mientras que quedan las partes con mayor contenido energético. Es decir, aproximadamente el 30% de la biomasa se convierte en gas durante el proceso de torrefacción (y potencialmente se utiliza para alimentar el proceso), mientras que el 70% permanece, generalmente en forma de pellets o briquetas compactadas . Sin embargo, este producto sólido contiene aproximadamente el 85% de la energía de la biomasa original. [55] 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 densos en energía 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 MJ/kg (2,8 a 3,3 kWh/lb). [56] La torrefacción puede realizarse de forma "autotérmica" (es decir, la energía requerida se entrega mediante la combustión parcial del material que se va a torreficar) o "heterotérmica" (es decir, el calor del proceso requerido se entrega desde fuentes externas). En el caso heterotérmico, la torrefacción también puede servir como método indirecto de almacenamiento de energía , ya que el material se puede torreficar cuando la energía es barata y abundante y los productos gaseosos y/o sólidos se pueden quemar en una planta de energía de pico cuando la energía es escasa. Los productos gaseosos de la torrefacción son similares al gas de síntesis y pueden utilizarse para diversos procesos en la industria química de forma similar a los combustibles fósiles. Los productos sólidos con alto contenido de carbono de la torrefacción pueden depositarse en el suelo como biocarbón (siempre que el nivel de diversos contaminantes sea lo suficientemente bajo) o usarse para producir hidrógeno en la reacción de transferencia agua-gas si no es deseable simplemente quemarlo.
La mayor densidad energética significa menores costos de transporte y una disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con el transporte. [57] La AIE ha calculado cuánta energía se ahorra y cuántas emisiones de gases de efecto invernadero se reducen al cambiar de pellets/briquetas normales a torrefactos. Al fabricar pellets torrefactos y enviarlos de Indonesia a Japón, la cantidad mínima de energía que se ahorra es del 6,7% y la cantidad mínima de emisiones de gases de efecto invernadero que se evitan es del 14%. Esto aumenta a un 10,3 % de ahorro en el uso de energía y a un 33 % de evitación de emisiones de gases de efecto invernadero al fabricar y enviar briquetas de un mínimo de 50 mm en lugar de pellets (la producción de briquetas requiere menos energía). [bt] Cuanto más larga sea la ruta, mayores serán los ahorros. [58]
Costos de absorción y transporte de agua.
La torrefacción también convierte la biomasa de un estado hidrofílico (que absorbe agua) a uno hidrofóbico (que repele el agua). Las briquetas repelentes de agua se pueden transportar y almacenar en el exterior, lo que simplifica la operación logística y reduce los costos. [bu] La torrefacción también detiene la actividad biológica en la biomasa (incluida la descomposición) y reduce el riesgo de incendio. [57]
Uniformidad y personalización
En general, la torrefacción se considera una puerta de entrada para convertir una gama de materias primas muy diversas en un combustible uniforme y, por lo tanto, más fácil de manejar. [57] Los parámetros del combustible se pueden cambiar para satisfacer las demandas de los clientes, por ejemplo, tipo de materia prima, grado de torrefacción, forma geométrica, durabilidad, resistencia al agua y composición de las cenizas. [59] La posibilidad de utilizar diferentes tipos de materia prima mejora la disponibilidad del combustible y la fiabilidad del suministro. [57]
Molienda
Molinos de carbón
M. × giganteus sin procesar tiene fibras fuertes, lo que hace que sea difícil lograr la trituración en partículas muy pequeñas y del mismo tamaño (por debajo de 75 μm / 0,075 mm). Los trozos de carbón generalmente se muelen a ese tamaño porque partículas tan pequeñas y uniformes se queman de manera más estable y eficiente. [60] [61] Mientras que el carbón tiene una puntuación en el Índice de Molienda Hardgrove (HGI) de 30 a 100 (los números más altos significan que es más fácil de moler), el miscanthus sin procesar tiene una puntuación de 0. [bv] Sin embargo, durante la torrefacción, " […] la fracción de hemicelulosa responsable de la naturaleza fibrosa de la biomasa se degrada, mejorando así su capacidad de molienda." [62] La AIE estima un HGI de 23 a 53 para la biomasa torrefactada en general, [63] y estima una caída del 80 al 90 % en el uso de energía necesaria para moler la biomasa torrefactada. [64] Otros investigadores han medido un HGI de 79 para el miscanto torrefacto. [bw] El carbón del Reino Unido obtiene una puntuación de entre 40 y 60 en la escala HGI. [bx]
La molienda relativamente sencilla del miscanto torrefacto permite una conversión rentable en partículas finas, lo que posteriormente posibilita una combustión eficiente. Los investigadores han descubierto que el nivel de carbono no quemado disminuye cuando se utiliza biomasa torrefactada, y que las llamas "[…] se mantuvieron estables durante el 50% de la combustión y en el caso del 100% como resultado de una suficiente finura de las partículas de combustible". [sesenta y cinco]
Cloro y corrosión
Como muchos tipos de biomasa, excepto la madera, la biomasa de miscanthus tiene una cantidad relativamente alta de cloro , lo cual es problemático en un escenario de combustión porque "[...] la probabilidad de corrosión depende significativamente del contenido de cloro en el combustible [...]". [66] Asimismo, las investigaciones muestran que "[…] la liberación de especies asociadas al Cl [asociadas al cloro] durante la combustión es la principal causa de la corrosión activa inducida en la combustión en parrilla de biomasa". [67] El cloro en diferentes formas, en particular combinado con potasio como cloruro de potasio , se condensa en superficies relativamente más frías dentro de la caldera y crea una capa de depósito corrosiva. La corrosión daña la caldera y, además, la propia capa de depósito físico reduce la eficiencia de la transferencia de calor, sobre todo dentro del mecanismo de intercambio de calor . [por] El cloro y el potasio también reducen considerablemente el punto de fusión de las cenizas en comparación con el carbón. Las cenizas derretidas, conocidas como escoria o clinker , se adhieren al fondo de la caldera y aumentan los costes de mantenimiento. [bz] [ca]
Para reducir el contenido de cloro (y humedad), la cosecha de miscanthus suele retrasarse hasta el invierno o principios de la primavera, pero esta práctica todavía no es una contramedida suficiente para lograr una combustión libre de corrosión. [cb]
Sin embargo, la cantidad de cloro en el miscanthus se reduce aproximadamente en un 95% cuando se torrefiere a 350 °C (660 °F). [cc] La liberación de cloro durante el proceso de torrefacción en sí es más manejable que la liberación de cloro durante la combustión, porque "[…] las temperaturas predominantes durante el primer proceso están por debajo de las temperaturas de fusión y vaporización de las sales alcalinas de cloro, minimizando así sus riesgos de Escoriaciones, incrustaciones y corrosión en hornos ." [68] En el caso del potasio, sólo se espera una reducción del 30%. [69] Sin embargo, el potasio depende del cloro para formar cloruro de potasio; con un nivel bajo de cloro, los depósitos de cloruro de potasio se reducen proporcionalmente. [cd]
Similitud del carbón
Por lo tanto, los investigadores sostienen que el "[…] proceso de torrefacción transforma las propiedades químicas y físicas de la biomasa bruta en propiedades similares a las del carbón, lo que permite su utilización con altos índices de sustitución de la biomasa en las calderas de carbón existentes sin modificaciones importantes". [70] La torrefacción elimina la humedad y crea un producto sólido, hidrófobo y triturable con una mayor densidad energética, lo que significa que el combustible torrefactado ya no requiere "[...] instalaciones de manipulación separadas cuando se quema conjuntamente con carbón en las centrales eléctricas existentes". [53] La misma compatibilidad se logra también para la biomasa procesada por carbonización hidrotermal , a veces llamada torrefacción "húmeda". [ce]
Sin embargo, los investigadores señalan que "[…] la torrefacción es un proceso más complejo de lo previsto inicialmente" y afirman que "[…] la torrefacción de biomasa es todavía una tecnología experimental […]". [71] Michael Wild, presidente del Consejo Internacional de Torrefacción de Biomasa, afirmó en 2015 que el sector de la torrefacción se encuentra "[…] en su fase de optimización […]". Menciona la integración de procesos, la eficiencia energética y masiva, la compresión mecánica y la calidad del producto como las variables más importantes a dominar en este momento del desarrollo del sector. [59]
Impactos ambientales
Neutralidad de carbono
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 . [ser] [novio]
Fundamentalmente, la acumulación de carbono bajo tierra funciona como una herramienta de mitigación de gases de efecto invernadero porque elimina carbono de la circulación de carbono sobre el suelo (la circulación de la planta a la atmósfera y de regreso a las nuevas plantas). La circulación sobre el suelo es impulsada por la fotosíntesis y combustión: primero, una planta absorbe CO 2 y lo asimila como carbono en su tejido tanto por encima como por debajo de la tierra. Cuando el carbono de la superficie se recolecta y luego se quema, la molécula de CO 2 se forma una vez más y se libera nuevamente a la atmósfera. Luego, el crecimiento de la próxima temporada absorbe una cantidad equivalente de CO 2 y el ciclo se repite.
Este ciclo sobre el suelo tiene el potencial de ser neutral en carbono, pero, por supuesto, la participación humana en la operación y guía del ciclo significa un aporte adicional de energía, a menudo proveniente de fuentes fósiles. Si la energía fósil gastada en la operación es alta en comparación con la cantidad de energía producida, la huella total de CO 2 puede acercarse, igualar o incluso superar la huella de CO 2 originada exclusivamente por la quema de combustibles fósiles, como se ha demostrado que es el caso de varios proyectos de biocombustibles de primera generación. [cf] [cg] [ch] Los combustibles para el transporte podrían ser peores que los combustibles sólidos en este sentido. [ci]
El problema puede abordarse tanto desde la perspectiva de aumentar la cantidad de carbono almacenado bajo tierra (ver Secuestro de carbono, más arriba), como desde la perspectiva de disminuir el aporte de combustibles fósiles a las operaciones en la superficie. Si se almacena suficiente carbono bajo tierra, se pueden compensar las emisiones totales del ciclo de vida de un biocombustible en particular. Del mismo modo, si las emisiones aéreas disminuyen, se necesita menos almacenamiento de carbono subterráneo para que el biocombustible se vuelva neutro o negativo en carbono.
Vías de producción de carbono negativo (miscanthus) y carbono positivo (álamo).Relación entre el rendimiento sobre el suelo (líneas diagonales), el carbono orgánico del suelo (eje X) y el potencial del suelo para un secuestro (almacenamiento) de carbono exitoso o fallido (eje Y). Básicamente, cuanto mayor sea el rendimiento, más tierra se convertirá en una herramienta de mitigación climática negativa de CO 2 (incluidas las tierras relativamente ricas en carbono).El carbono del suelo aumenta al plantar micanthus en tierras de cultivo y pastizales. [72]
Es la cantidad total de emisiones y absorción de CO 2 equivalente juntas lo que determina si un proyecto de cultivo energético es carbono positivo, carbono neutro o carbono negativo. Si las emisiones durante la agricultura, el procesamiento, el transporte y la combustión son mayores que lo que se absorbe, tanto por encima como por debajo del suelo durante el crecimiento de los cultivos, el proyecto es carbono positivo. Asimismo, si la absorción total a lo largo del tiempo es mayor que las emisiones totales, el proyecto es carbono negativo. En resumen, 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.
Los investigadores sostienen que un cultivo de miscanthus con un rendimiento de 10 toneladas por hectárea por año almacena suficiente carbono para compensar las emisiones relacionadas tanto con la agricultura como con el procesamiento y el transporte. El gráfico de la derecha muestra dos vías de producción de miscanthus con carbono negativo y dos vías de producción de álamo con carbono positivo, representadas en gramos equivalentes de CO 2 por megajulio. Las barras son secuenciales y se mueven hacia arriba y hacia abajo a medida que se estima que el CO 2 atmosférico aumenta y disminuye. Las barras grises/azules representan las emisiones relacionadas con la agricultura, el procesamiento y el transporte, las barras verdes representan el cambio de carbono del suelo y los diamantes amarillos representan las emisiones finales totales. [cj] El segundo gráfico muestra los rendimientos medios necesarios para lograr una negatividad de carbono a largo plazo para suelos con diferentes cantidades de carbono existente.
Otros investigadores hacen lo mismo con el miscanthus en Alemania, con un rendimiento de 15 toneladas secas por hectárea por año y un almacenamiento de carbono de 1,1 toneladas por hectárea por año:
"El miscanthus es uno de los pocos cultivos en todo el mundo que alcanza una verdadera neutralidad de CO 2 y puede funcionar como sumidero de CO 2. [...] En relación con la combustión de fueloil, las emisiones directas e indirectas de gases de efecto invernadero pueden reducirse mediante un mínimo del 96% mediante la combustión de paja de Miscanthus [...]. Debido al secuestro de C [almacenamiento de carbono] durante el crecimiento de Miscanthus, esto resulta en un potencial de mitigación de CO 2 equivalente del 117%". [ck]
El éxito del almacenamiento depende de los lugares de plantación, ya que los mejores suelos son aquellos que actualmente tienen bajas emisiones de carbono. Los variados resultados que se muestran en el gráfico resaltan este hecho. [cl] En el Reino Unido, se espera un almacenamiento exitoso de tierras cultivables en la mayor parte de Inglaterra y Gales, y se espera un almacenamiento fallido en algunas partes de Escocia, debido a los suelos ya ricos en carbono (bosques existentes). Además, en el caso de Escocia, los rendimientos relativamente más bajos en este clima más frío hacen que la negatividad del CO 2 sea más difícil de lograr. Los suelos que ya son ricos en carbono incluyen turberas y bosques maduros. El almacenamiento de carbono de mayor éxito en el Reino Unido se realiza debajo de pastizales mejorados . [cm] Sin embargo, dado que el contenido de carbono de los pastizales varía considerablemente, también lo hace la tasa de éxito de los cambios de uso de la tierra de pastizales a plantas perennes. [cn] Aunque el almacenamiento neto de carbono debajo de los cultivos energéticos perennes como el miscanthus excede en gran medida el almacenamiento neto de carbono debajo de los pastizales, bosques y cultivos herbáceos, el aporte de carbono del miscanthus es simplemente demasiado bajo para compensar la pérdida de carbono existente en el suelo durante el establecimiento temprano. fase. [73] Sin embargo, con el tiempo, el carbono del suelo puede aumentar, también en el caso de los pastizales. [72]
Los investigadores han clasificado los beneficios climáticos específicos relacionados con el cambio de uso de la tierra (esto excluye los beneficios climáticos que se originan al reemplazar los combustibles fósiles) para diferentes cultivos durante un período de 30 años en diferentes tipos de pastizales, y concluyen que los pastizales nativos tienen un clima - valor relacionado (llamado GHGV) de 200, mientras que los cultivos de M × giganteus ligeramente fertilizados establecidos en suelos anteriormente labrados anualmente tienen un valor de 160. Los pastizales CRP tienen un valor de 125 (pastizales protegidos establecidos en tierras de cultivo anteriores). un valor de 115 (pastos de pradera nativos no fertilizados con otras especies nativas de la pradera incluidas, establecidas en tierras de cultivo que anteriormente se cultivaban anualmente). Los pastizales tienen un valor de 72. [74]
Comparaciones
Los investigadores concluyen que los cultivos de miscanthus "[…] casi siempre tienen una huella ambiental menor que los de bioenergía anual de primera generación [...]". [co] Los pastos perennes de segunda generación (miscanthus y switchgrass) plantados en tierras cultivables almacenan en promedio cinco veces más carbono en el suelo que los montes bajos de rotación corta o las plantaciones forestales de rotación corta (álamo y sauce). [cp] En comparación con los combustibles fósiles, y sin incluir los beneficios del almacenamiento subterráneo de carbono en el cálculo, el combustible de miscanthus tiene un costo de gases de efecto invernadero de 0,4 a 1,6 gramos equivalentes de CO 2 por megajulio, en comparación con los 33 gramos del carbón, 22 para gas natural licuado, 16 para gas del Mar del Norte y 4 para astillas de madera importadas a Gran Bretaña desde Estados Unidos. [cq]
Otros investigadores sostienen que la relación media entre entrada y salida de energía del miscanthus es 10 veces mejor que la de los cultivos anuales, y que las emisiones de gases de efecto invernadero son entre 20 y 30 veces mejores que las de los combustibles fósiles. [cr] Los chips de miscanthus para calefacción ahorraron 22,3 toneladas de emisiones de CO 2 por hectárea al año en el Reino Unido, mientras que el maíz para calefacción y energía ahorró 6,3. Colza para biodiesel ahorrada 3.2. [cs] Otros investigadores tienen conclusiones similares. [ct] [cu] Por lo tanto, se espera que las plantaciones de miscanthus crezcan en Europa en las próximas décadas. [75] En 2021, el gobierno del Reino Unido declaró que las superficies de tierra reservadas para silvicultura de rotación corta y cultivos energéticos perennes (incluido el miscanthus) aumentarán de 10 000 a 704 000 hectáreas. [cv] Los investigadores sostienen que después de una discusión inicial, ahora (2018) existe un consenso en la comunidad científica de que "[…] el equilibrio de GEI [gases de efecto invernadero] del cultivo de cultivos bioenergéticos perennes a menudo será favorable […]", también cuando considerando los cambios de uso de suelo directos e indirectos implícitos. [cw]
Biodiversidad
Los investigadores sostienen que los campos de Miscanthus pueden facilitar una comunidad diversa de lombrices incluso en paisajes agrícolas intensivos. [cx]Los investigadores encontraron crías de alondras en cultivos de miscanthus. [cy]
Bajo tierra, los investigadores han constatado que el número de especies de lombrices por metro cuadrado era de 5,1 para el miscanthus, 3 para el maíz y 6,4 para el barbecho (tierras totalmente desatendidas), y afirman que "[…] se encontró claramente que la intensidad del uso de la tierra fue el regresor dominante para la abundancia de lombrices y el número total de especies". Debido a que la extensa hojarasca en el suelo ayuda a que el suelo se mantenga húmedo y también lo protege de los depredadores, concluyen que "[…] Miscanthus tuvo efectos bastante positivos en las comunidades de lombrices de tierra […]" y recomiendan que "[…] Miscanthus puede facilitar una comunidad diversa de lombrices incluso en paisajes agrícolas intensivos". [76] [cx] Otros sostienen que la actividad de ciertas bacterias pertenecientes al grupo Pseudomonadota (antes proteobacterias) casi se duplica en presencia de exudados de raíces de M. × giganteus . [22]
En la superficie, los rodales jóvenes de miscanthus mantienen una alta diversidad de especies de plantas, pero a medida que los miscanthus maduran, el dosel se cierra y llega menos luz solar a las malezas competidoras. En esta situación, a las malas hierbas les resulta más difícil sobrevivir. Después del cierre del dosel, se encontraron 16 especies diferentes de malezas por parcela de 25 m 2 . Sin embargo, el denso dosel funciona como protección para otras formas de vida; "[…] Generalmente se informa que los rodales de Miscanthus sustentan la biodiversidad agrícola, proporcionando hábitat para aves, insectos y pequeños mamíferos […]." [cz] Apoyando este punto de vista, otros investigadores argumentan que la flora debajo del dosel proporciona alimento para mariposas, otros insectos y sus depredadores, y 40 especies de aves. [da]
La estructura vegetativa del miscanthus que hiberna proporciona una importante cobertura y recurso de hábitat , con altos niveles de diversidad en comparación con los cultivos anuales. [db] Este efecto es particularmente evidente en escarabajos, moscas y pájaros. El cultivo de miscanthus ofrece un nicho ecológico diferente para cada estación; los investigadores atribuyen esto a la heterogeneidad estructural en continua evolución de un cultivo de miscanthus, con diferentes especies que encuentran refugio en diferentes momentos durante su desarrollo; las aves del bosque encuentran refugio en el invierno y las aves de las tierras de cultivo en el verano. En el caso de las aves, se encontraron 0,92 especies de parejas reproductoras por hectárea (0,37 por acre) en un campo de miscanthus, en comparación con 0,28 (0,11) en un campo de trigo cercano. Debido a la alta proporción de carbono y nitrógeno, es en los márgenes del campo y en los bosques intercalados donde se encuentra la mayoría de los recursos alimentarios. Sin embargo, los campos de miscanthus funcionan como barreras contra la lixiviación química en estos hábitats clave. [cy]
Otros investigadores sostienen que los cultivos de miscanthus proporcionan una mejor biodiversidad que los cultivos de cereales, con tres veces más arañas y lombrices que los cereales. [dc] Liebre parda, armiño, ratón, topillo, musaraña, zorro y conejo son algunas de las especies que se observan en los cultivos de miscanthus. El cultivo actúa como hábitat de anidación y corredor de vida silvestre que conecta diferentes hábitats. [dd]
Calidad del agua
Los campos de Miscanthus conducen a una calidad del agua significativamente mejorada debido a una lixiviación significativamente menor de nitrato . [de] La lixiviación de nitrato de los campos de miscanthus se reduce drásticamente en comparación con la rotación típica de maíz/soja debido a los bajos o nulos requisitos de fertilizantes, la presencia continua de un sumidero de nitrógeno en las raíces de las plantas y el eficiente reciclaje interno de nutrientes por parte de las especies de pastos perennes. . Un estudio reciente concluyó que el miscanthus tenía en promedio nueve veces menos pérdida de nitrato en el subsuelo en comparación con el maíz o el maíz cultivado en rotación con soja. [df]
Calidad del suelo
El extenso y fibroso sistema de raíces del miscanthus y la falta de alteración de la labranza mejoran la infiltración, la conductividad hidráulica y el almacenamiento de agua en comparación con los cultivos anuales en hileras, y da como resultado un suelo poroso y de baja densidad aparente típico de pastos perennes, y se espera que la capacidad de retención de agua aumente en 100-150 mm. [dg] Miscanthus mejora la entrada de carbono al suelo y promueve la actividad y diversidad de microorganismos , que son importantes para los procesos de rehabilitación y agregación de partículas del suelo . En un antiguo depósito de cenizas volantes , con pH alcalino, deficiencia de nutrientes y poca capacidad de retención de agua, se estableció con éxito un cultivo de miscanthus, en el sentido de que las raíces y los rizomas crecieron bastante bien, apoyando y mejorando los procesos de nitrificación , aunque lo anterior -El rendimiento en peso seco molido fue bajo debido a las condiciones. La capacidad de mejorar la calidad del suelo incluso en tierras contaminadas se considera una característica útil, especialmente en una situación en la que se pueden agregar enmiendas orgánicas. Por ejemplo, existe un gran potencial para aumentar el rendimiento en tierras marginales contaminadas y bajas en nutrientes fertilizándolas con lodos de depuradora o aguas residuales ricas en nutrientes . Esta práctica ofrece la triple ventaja de mejorar la productividad del suelo, aumentar el rendimiento de biomasa y reducir los costes de tratamiento y eliminación de lodos de depuradora de acuerdo con la legislación específica de cada país. [4]
Invasividad
Los padres de Miscanthus × giganteus en ambos lados, M. sinensis y M. sacchariflorus , son especies potencialmente invasoras , porque ambas producen semillas viables. Sin embargo, M. × giganteus no produce semillas viables y los investigadores afirman que "[...] no ha habido ningún informe sobre la amenaza de invasión debido a la extensión del crecimiento del rizoma desde plantaciones comerciales a largo plazo hasta tierras cultivables vecinas". [24]
Sostenibilidad
Cultivo de prueba de miscanthus en Inglaterra.
Los investigadores sostienen que los análisis "[...] de los impactos ambientales del cultivo de miscanthus en una variedad de factores, incluida la mitigación de los gases de efecto invernadero, muestran que los beneficios superan los costos en la mayoría de los casos". [77] Otros sostienen que, si bien hay espacio para más investigaciones, "[...] sí surgen claros indicios de sostenibilidad ambiental". [dh] Además del potencial de mitigación de gases de efecto invernadero, la "[…] naturaleza perenne y la biomasa subterránea del miscanthus mejoran la estructura del suelo, aumentan la capacidad de retención de agua (hasta 100 a 150 milímetros (3,9 a 5,9 pulgadas)) y reducen el funcionamiento. -La maduración durante el invierno aumenta los recursos estructurales del paisaje para la vida silvestre . La intensidad de manejo reducida promueve la diversidad y abundancia de lombrices de tierra, aunque la mala palatabilidad de la hojarasca puede reducir la biomasa individual en los límites del campo es menor que la agricultura comparable, mejorando la calidad del hábitat del suelo y el agua. [78] Un cambio de cultivos energéticos de primera generación a cultivos energéticos de segunda generación, como el miscanthus, es ambientalmente beneficioso debido a la mejora de la biodiversidad a escala agrícola, la depredación y un efecto neto positivo de mitigación de gases de efecto invernadero. Los beneficios son principalmente consecuencia de los bajos insumos y los ciclos de manejo más largos asociados con los cultivos de segunda generación (2G). [di] [dj] Si se mitigan las tensiones en el uso de la tierra, se obtienen rendimientos razonables y se apunta a suelos bajos en carbono, hay muchos casos en los que los cultivos perennes de bajos insumos como el miscanthus "[...] pueden proporcionar ahorros significativos de GEI [gases de efecto invernadero] en comparación con las alternativas de combustibles fósiles [...]." [dk] A diferencia de los cultivos anuales, el miscanthus tiene bajos requisitos de aporte de nitrógeno, bajas emisiones de GEI, secuestra carbono del suelo debido a la reducción de la labranza y puede ser económicamente viable en tierras marginales. [dl] Los investigadores coinciden en que en los últimos años, "[...] ha surgido una comprensión más matizada de los beneficios y riesgos ambientales de la bioenergía, y ha quedado claro que los cultivos bioenergéticos perennes tienen un potencial mucho mayor para generar ahorros significativos de GEI que los cultivos convencionales que actualmente se cultivan para la producción de biocombustibles en todo el mundo (por ejemplo, maíz , aceite de palma y colza )". [dm] También coinciden en que "[...] los impactos directos de los cultivos bioenergéticos perennes dedicados sobre el carbono y el N2O del suelo se comprenden cada vez mejor y, a menudo, son consistentes con una mitigación significativa de los GEI del ciclo de vida de la bioenergía en comparación con las fuentes de energía convencionales". [79]
Consideraciones agrícolas prácticas
Para obtener consejos prácticos sobre agricultura, consulte el PDF "Giant Miscanthus Establishment" de la Universidad Estatal de Iowa. [80] Véase también el manual de mejores prácticas elaborado conjuntamente por Teagasc (la autoridad de desarrollo agrícola y alimentario de Irlanda) y AFBI (el Instituto de Agroalimentación y Biociencias, también de Irlanda). [81]
Referencias
Citas y comentarios
^ Basado en la lista Kew/POWO. Tenga en cuenta que el nombre aceptado del POWO es M. × longiberbis , con una altura de planta estimada de sólo 0,7 a 1,2 metros. "Miscanthus × longiberbis (Hack.) Nakai". Plantas del Mundo en Línea . Consultado el 23 de mayo de 2022 ..
^ ab " M. x giganteus es una hierba perenne C4 rizomatosa, estéril y altamente productiva que fue recolectada en Yokahama, Japón en 1935 por Aksel Olsen. Fue llevada a Dinamarca, donde se cultivó y se extendió por Europa y América del Norte para plantar. En entornos hortícolas, se le ha conocido como Miscanthus sinensis 'Giganteus', M. giganteus, Miscanthus ogiformis Honda y Miscanthus sacchariflorus var (Honda) Adati. Un trabajo de clasificación reciente en el Real Jardín Botánico de Kew, Inglaterra . lo designó como M. x giganteus (Greef & Deuter ex Hodkinson & Renvoize), un híbrido de M. sinensis Anderss y M. sacchariflorus (Maxim.) Hack. Anderson y cols. 2014, pág. 71.
^ Se necesitan entre dos y cuatro años para alcanzar el rendimiento máximo; "[...] los sitios más fríos del norte todavía requieren de tres a cuatro años, mientras que los sitios del sur normalmente alcanzan un techo en dos años". Jones 2019, pág. 22.
^ "A diferencia de los cultivos anuales, se percibe ampliamente que la bioenergía de cultivos perennes dedicados tiene menores emisiones de GEI durante el ciclo de vida y otros cobeneficios ambientales. Los cultivos perennes como el Miscanthus y el sauce y el álamo de rotación corta (SRC) tienen bajos requisitos de aporte de nitrógeno (con beneficios para las emisiones de N2O y la calidad del agua), puede secuestrar carbono del suelo debido a la reducción de la labranza y al aumento de la asignación de biomasa subterránea, y puede ser económicamente viable en tierras marginales y degradadas, minimizando así la competencia con otras actividades agrícolas y evitando los efectos iLUC". Whitaker y cols. 2018, pág. 151.
^ "Los cultivos energéticos de biomasa ideales utilizan eficientemente los recursos disponibles, son perennes, almacenan carbono en el suelo, tienen una alta eficiencia en el uso del agua, no son invasivos y tienen bajos requisitos de fertilizantes. Un pasto que posee todas estas características, además de producir grandes cantidades de biomasa, es Miscanthus x giganteus ". Anderson y cols. 2014, pág. 71.
^ Lewandowski y col. argumentan que "[...] el ahorro de energía fósil es mayor cuando la biomasa de miscanthus se utiliza como material de construcción (nuestro análisis utiliza el ejemplo del material aislante)". Lewandowski et al. 2016, pág. 20.
^ "Producir rizomas para su propagación en el clima del Reino Unido requiere al menos dos temporadas de crecimiento, esto implica limpiar el terreno de producción de malezas, arar en primavera y labrar el suelo hasta obtener un lecho de semillas fino como labranza antes de plantar los rizomas con una sembradora tipo papa. [...] En la primavera siguiente al segundo año de crecimiento, los rizomas se cosechan con una cosechadora de patatas modificada, se clasifican a mano o semiautomáticamente y se cortan en trozos viables, de 20 a 40 g. Los rizomas producen suficiente material para plantar de 10 a 30 ha de cultivo con la misma sembradora tipo papa modificada. Los rizomas de menor calidad, probados mediante pruebas de brotación, requerirían de 80 a 90 g de rizomas (comunicación privada, M. Mos)". Hastings y cols. 2017, págs. 5–6.
^ "Nuestro trabajo muestra que, dependiendo del tipo de híbrido, una ha (hectárea) de producción de semillas puede producir suficiente semilla para ~1000-2000 ha de plantación, dependiendo de las combinaciones de padres, dos órdenes de magnitud mayor que la propagación del rizoma. [. ..] [U]na tasa de establecimiento del 85-95% se logra." Hastings y cols. 2017, pág. 6.
^ "Las semillas se siembran a máquina y se cultivan en el invernadero (Figura 3A) antes de plantarlas en el campo (Figura 3B). Se prevé que los métodos de establecimiento basados en semillas resultarán más eficaces para ampliar la producción de miscanthus porque tienen las siguientes ventajas: · Con la creciente demanda del mercado, se pueden proporcionar fácilmente grandes cantidades, una vez que la producción de semillas se ha desarrollado bien · Periodo de crecimiento corto para las plántulas: Sólo 8 a 10 semanas desde la semilla hasta el producto final (plántulas) · La producción de plántulas consume energía eficiente (sin necesidad de refrigeradores) · Bajos costos de establecimiento" Lewandowski et al. 2016, pág. 15.
^ "Los cultivos de Miscanthus se pueden establecer a partir de la propagación nodal del tallo cosechando los tallos en septiembre y sembrándolos inmediatamente en un campo sin necesidad de almacenamiento en frío, lo que, en cualquier caso, reduce la viabilidad del establecimiento y aumenta el costo. Los tallos plantados producen brotes y raíces y, posteriormente , un sistema de rizomas." O'Loughlin, McDonnell y Finnan 2017, pág. 345.
^ "Los resultados muestran que la propagación de nuevas semillas híbridas reduce significativamente el costo de establecimiento por debajo de £ 900 ha -1 [...]. El rendimiento de equilibrio se calculó en 6 Mg [Mg/megagramo equivale a una tonelada métrica] MS [materia seca] ha - 1 y −1 [hectárea por año], que es aproximadamente la mitad del rendimiento promedio del Reino Unido para Mxg; los híbridos con semillas más nuevas alcanzaron 16 Mg MS ha −1 en los ensayos del segundo año en el Reino Unido. Estas mejoras combinadas aumentarán significativamente la rentabilidad del cultivo. Las diferencias entre los costos de producción para la preparación de diferentes formatos de materia prima muestran que las balas son la mejor opción para la cocción directa con los costos de transporte más bajos (£0,04 Mg −1 km −1 ) y fácil almacenamiento en la granja. Sin embargo, si se trata de combustible granulado. Si se requiere, entonces la cosecha de astillas es más económica [...] El costo específico de la plantación de rizomas y de plántulas es similar, ya que requieren relativamente mucha mano de obra, mientras que se prevé que la siembra de semillas reduzca el costo a la mitad". Hastings y cols. 2017, págs.1, 8.
^ "Las especies C4 se caracterizan por demostrar una mayor eficiencia en el uso de nitrógeno (N) y agua [28,29]. Específicamente, las especies C4 pueden mostrar eficiencias en el uso de N el doble que las especies C3". Anderson y cols. 2014, pág. 73.
^ "El fertilizante de nitrógeno es innecesario y puede ser perjudicial para la sostenibilidad, a menos que se plante en suelos de baja fertilidad donde el establecimiento temprano se beneficiará de adiciones de alrededor de 50 kg N ha -1 . [...] Las emisiones de N2O pueden ser cinco veces menores con Miscanthus no fertilizado que los cultivos anuales, y hasta 100 veces menos que los pastos intensivos. Las adiciones inadecuadas de fertilizantes nitrogenados pueden provocar aumentos significativos en las emisiones de N2O de las plantaciones de Miscanthus, superando los factores de emisión del IPCC, aunque estos todavía se ven compensados por el posible reemplazo de combustibles fósiles". McCalmont et al. 2017, pág. 503.
^ "La película de mantillo de plástico redujo el tiempo de establecimiento, mejorando la economía del cultivo. [...] La prueba de la película de mantillo en Aberystwyth mostró una diferencia significativa (P <0,05) entre las tasas de establecimiento para diferentes densidades de plantas con el rendimiento medio acumulado de los primeros 2 años casi duplicar bajo película como se muestra en la Tabla 3. El uso de película agrega £100 por ha y 220 kg de CO2 eq C ha −1 al costo de establecimiento. El efecto de este aumento es reducir el período de establecimiento del cultivo en 1 año. en las condiciones ambientales de Aberystwyth, se observó una reducción similar en los tiempos de establecimiento en otros sitios de prueba y también en Irlanda (O'Loughlin et al., 2017 [...] Con la agronomía de la película de mantillo, los últimos híbridos sembrados se establecen mucho más rápidamente). Rendimientos iniciales significativamente más altos (años 1 y 2) en comparación con Mxg comercial en el Reino Unido, lo que ofrece un retorno de la inversión equilibrado al menos un año antes". Hastings y cols. 2017, págs. 1, 9, 14-15.
^ "La plantación de tapones derivados de semillas demostró ser el método más exitoso para el establecimiento de miscanthus en suelos marginales. Cubrir las plantas con una película plástica acelera su crecimiento. La película mantiene la humedad en la capa superior del suelo y aumenta la temperatura. Esto es beneficioso para las plantas, especialmente en suelos ligeros con mayor riesgo de estrés por sequía y en temperaturas frescas". Lewandowski et al. 2016, pág. 14.
^ "La productividad de los cultivos se determina como el producto de la radiación solar total incidente en un área de tierra y las eficiencias de interceptación, conversión y partición de esa energía solar en biomasa vegetal. [...] Beale y Long lo demostraron en pruebas de campo en sureste de Inglaterra que εc,a fue 0.050–0.060, 39% por encima del valor máximo observado en las especies C3. Además, cuando εc se calcula en términos de producción total (es decir, aérea y subterránea) de biomasa de M. x giganteus (. εc,t), alcanza 0,078, lo que se acerca al máximo teórico de 0,1. Los estudios realizados en el medio oeste de EE. UU. por Heaton et al informaron una eficiencia similar de PAR interceptado (0,075). Anderson y cols. 2014, pág. 73.
^ "- La eficiencia en el uso del agua se encuentra entre las más altas de cualquier cultivo, en el rango de 7,8 a 9,2 g MS (kg H2O) −1 . - En general, la demanda de agua aumentará debido a la alta productividad de la biomasa y al aumento de la evapotranspiración a nivel del dosel. (por ejemplo, la ET del trigo aumenta entre 100 y 120 mm año −1 ). – Las estructuras mejoradas del suelo significan una mayor capacidad de retención de agua (por ejemplo, entre 100 y 150 mm), aunque los suelos aún pueden estar más secos en los años de sequía. en años más húmedos, lo que ayuda a mitigar las inundaciones y reducir la erosión del suelo: la calidad del agua de drenaje mejora y la lixiviación de nitratos es significativamente menor que la de los cultivos (por ejemplo, 1,5–6,6 kg N ha −1 año −1 [para] Miscanthus, 34,2–45,9 [). para] maíz/soja)." McCalmont et al. 2017, pág. 504.
^ "Beale et al. (1999) compararon sus resultados con la eficiencia del uso del agua de un cultivo de biomasa C3, Salix viminalis , informado en Lindroth et al. (1994) y Lindroth & Cienciala (1996), y sugieren que WUE para Miscanthus podría ser aproximadamente el doble que el de esta especie de sauce. Clifton‐Brown y Lewondowski (2000) informaron cifras de 11,5 a 14,2 g totales (sobre y bajo tierra) de MS (kg H2O) −1 para varios genotipos de Miscanthus en ensayos en macetas, y esto se compara. a cifras calculadas por Ehdaie y Waines (1993) con siete cultivares de trigo que encontraron WUE entre 2,67 y 3,95 g de MS total (kg H2O) −1 . Al convertir estos valores de Miscanthus en biomasa de materia seca por hectárea de tierra de cultivo, se obtendrían proporciones de biomasa a agua. uso en el rango de 78–92 kg MS ha −1 (mm H2O) −1 Richter et al (2008) modelaron los potenciales de rendimiento cosechable para Miscanthus a partir de 14 ensayos de campo en el Reino Unido y encontraron que el agua del suelo disponible para las plantas era la más significativa. factor en la predicción del rendimiento, y calcularon una relación entre el rendimiento de MS y el agua disponible en el suelo en 55 kg MS ha −1 (mm H2O) −1 , mientras que solo se produjeron 13 kg MS ha −1 por cada 1 mm de precipitación entrante, probablemente relacionado al alto nivel de interceptación y evaporación del dosel. Incluso según los estándares C4, estas eficiencias son altas, como se ve en comparaciones con mediciones de campo que promedian 27,5 ± 0,4 kg de MS aérea ha −1 (mm H2O) −1 para el maíz (Tolk et al., 1998)." McCalmont et al. 2017, pág.501.
^ "En términos de intensidad de producción de energía, la biomasa de Miscanthus produce más energía neta por hectárea que otros cultivos bioenergéticos en alrededor de 200 GJ ha −1 año −1 , especialmente herbáceos [maíz para biogás 98, colza para biodiesel 25, trigo y azúcar etanol de remolacha 7–15 (Hastings et al., 2012)]. Felten et al (2013) calcularon cifras similares, reportando 254 GJ ha −1 año −1 para Miscanthus. McCalmont et al. 2017, pág. 493.
^ Hastings y otros. escribe que «las pruebas de campo han demostrado que, en muchos lugares de Europa, M. x giganteus tiene el mayor rendimiento energético de todos los cultivos bioenergéticos potenciales en términos de MJ ha -1 netos [megajulios por hectárea], y el mayor uso de energía eficiencia (EUE), en términos del coste energético de producción, debido a sus rendimientos relativamente altos y bajos insumos [...]». Hastings y cols. 2009a, pág. 180.
^ El rendimiento de CSR para sauces y álamos en el Reino Unido oscila entre 10 y 12 toneladas de materia seca por hectárea por año, según Proe, Griffiths y Craig 2002, págs. En un metaestudio sobre el rendimiento del sauce, Fabio et al. cite ensayos de sauce en Suecia con rendimientos de 8, 13 y 14 toneladas. En el Reino Unido, los autores citan dos ensayos con sauces, ambos con un rendimiento de 10 toneladas, y un ensayo en Irlanda con un rendimiento de 8 a 10 toneladas. Consulte las tablas 1 y 2 de Fabio & Smart 2018, páginas 551 y 552. Los puntos de datos del rendimiento del sauce (ubicación no proporcionada) en la Figura 2, p. 554 muestran un rendimiento medio de aproximadamente 6 a 7 toneladas por hectárea por año. En el cuadro 3, página 557, se citan 6 estudios, con un rendimiento medio de 10 toneladas por hectárea al año. Aylott et al. recopiló datos de 49 sitios de prueba para sauces y álamos en el Reino Unido, y concluyó: "Los resultados de las pruebas de campo mostraron que el rendimiento observado de SRC varió significativamente entre el genotipo y la rotación (Tabla 1). Los rendimientos más altos se registraron en sauces durante las dos rotaciones, con los 16 genotipos promediaron 9,0 odt [tonelada seca al horno] ha −1 año −1 en comparación con 6,3 odt ha −1 año −1 para los genotipos de álamo. La línea parental de mayor rendimiento fue la sueca S. vimanlis × S. schwerinii , que. mostró rendimientos consistentemente altos en ambas rotaciones y una alta resistencia a la roya. Esta línea parental incluía el genotipo único de mayor rendimiento, Tora, con un rendimiento promedio en ambas rotaciones de 11,3 odt ha -1 año -1 . Aylott et al. 2008, pág. 363. Modelado para el futuro, Aust et al. estiman un rendimiento medio de 14 toneladas de sauce y álamo SRC producidos en tierras cultivables en Alemania, véase Aust et al. 2014, pág. 529. El sauce y el álamo necesitan fertilizantes para lograr estos rendimientos, Fabio et al. informa entre 92 y 400 kg de nitrógeno por hectárea por año para los rendimientos informados en su artículo. Véase Fabio & Smart 2018, págs. 551–552. Hastings y cols. utilizaron software de modelado por computadora para estimar los rendimientos de miscanthus, sauces y álamos para Gran Bretaña, y concluyeron con rendimientos medios en el rango estrecho de 8,1 a 10,6 toneladas secas por hectárea por año para todas estas plantas, con el miscanthus ocupando la posición intermedia. El miscanthus tuvo el mayor rendimiento en el suroeste más cálido, y al ajustar el modelo informático al clima más cálido esperado para 2050, el miscanthus se convirtió en el cultivo de mayor rendimiento para un área más grande: "A medida que el clima se calienta a lo largo de los intervalos de tiempo, hay un aumento del rendimiento y por lo tanto, un área más grande donde Miscanthus es el mayor productor de las materias primas consideradas". Hastings y cols. 2014, págs.108, 119.
^ Para obtener estimaciones de rendimiento, consulte "Perspectivas globales para el suministro futuro de madera de las plantaciones forestales" de la FAO, sección 2.7.2 - 2.7.3. La FAO proporciona estimaciones de rendimiento en metros cúbicos (m 3 ); De 1 a 25 m 3 a nivel global. Metros cúbicos convertidos a toneladas secas en base a los siguientes datos: El pino silvestre, originario de Europa y el norte de Asia, pesa 390 kg/m3 seco al horno (contenido de humedad 0%). El peso seco al horno de las especies de eucalipto comúnmente cultivadas en plantaciones de América del Sur es de 487 kg/m 3 (promedio de Lyptus, Rose Gum y Deglupta). El peso medio de las especies de álamo cultivadas habitualmente en plantaciones en Europa es de 335 kg/m 3 (promedio del álamo blanco y del álamo negro).
^ Para ser exactos, el incremento anual neto (NAI) para los bosques naturales templados mixtos es (2–2,5 m 3 por hectárea, oscilando entre 0,9 m3 en Grecia y 6 m 3 en Francia). Metros cúbicos convertidos a toneladas secas en base a los siguientes datos: El pino silvestre, originario de Europa y el norte de Asia, pesa 390 kg/m3 seco al horno (contenido de humedad 0%). El peso seco al horno de las especies de eucalipto comúnmente cultivadas en plantaciones de América del Sur es de 487 kg/m 3 (promedio de Lyptus, Rose Gum y Deglupta). El peso promedio de las especies de álamo comúnmente cultivadas en plantaciones en Europa es de 335 kg/m 3 (promedio de álamo blanco y álamo negro. Smil 2008, págs. 75-76.
^ El software de rendimiento de Miscanthus Miscanfor calcula una disminución del rendimiento del 33% entre el pico de otoño y la cosecha de invierno. Véase Hastings et al. 2009, pág. 186 . Este cálculo es confirmado por Roncucci et al. que encontró una disminución del rendimiento de masa seca del 32 al 38% para sus cultivos de prueba cuando la cosecha se retrasó hasta el invierno. Véase Roncucci et al. 2015, pág. 1002. Clifton-Brown et al. encontró una reducción media del rendimiento del 0,3% por día en el período entre el pico de rendimiento de otoño y la cosecha de invierno, ver Clifton‐Brown, Breuer & Jones 2007, p. 2305. harvnb error: no target: CITEREFHastingsClifton-BrownWattenbachMitchell2009 (help)
^ "La mayoría de la literatura que informa sobre el rendimiento de biomasa seca de M. x giganteus proviene de estudios europeos. Los rendimientos máximos de biomasa en masas establecidas de M. x giganteus se han acercado a las 40 t de materia seca (MS) ha -1 en algunas ubicaciones europeas. aunque puede llevar de 3 a 5 años alcanzar estos rendimientos máximos. En toda Europa, se han reportado rendimientos cosechables de hasta 25 t MS ha -1 en masas establecidas de M. x giganteus en áreas entre el centro de Alemania y el sur de Italia, mientras que se encuentran en su punto máximo. los rendimientos en Europa central y septentrional han oscilado entre 10 y 25 t MS ha -1 , y más de 30 t MS ha- 1 en el sur de Europa. Una revisión cuantitativa de rodales establecidos de M. x giganteus en toda Europa informó un rendimiento máximo medio de biomasa. de 22 t MS ha -1 , promediado entre tasas de N y niveles de precipitación". Anderson y cols. 2014, pág. 79.
^ "A partir del segundo año de siembra de Miscanthus, los cultivos se cosecharon anualmente a punto de brotar a finales de marzo o principios de abril. El rendimiento medio de Miscanthus fue de 15 mg de masa seca (dm) ha −1 y −1 , que se mantuvo casi constante a partir del cuarto año de establecimiento." Felten y Emmerling 2012, pág. 662.
^ "Los rendimientos utilizados en el cálculo de las emisiones de GEI y la economía de los cultivos en este estudio utilizaron rendimientos medios de 12 a 14 Mg ha −1 y −1 que se han observado en Mxg de las plantaciones comerciales actuales observadas en el Reino Unido (comunicación privada, M Mos). Hemos asumido un aumento logístico del rendimiento para el año de establecimiento y una disminución lineal del rendimiento después de 15 años Lesur et al (2013). Clifton-Brown et al., 2007) y modeló los rendimientos de Miscanthus para el Reino Unido, utilizando datos meteorológicos de 2000 a 2009 (Harris et al., 2014) utilizando el modelo MiscanFor (Hastings et al., 2009, 2013) indica que La desviación estándar de la variación del rendimiento interanual relacionada con el clima en el Reino Unido es del orden de 2,1 Mg ha −1 y −1 para un rendimiento medio de 10,5 Mg ha −1 y −1 para todo el Reino Unido. son generalmente pesimistas ya que calculan los rendimientos de secano y no tienen en cuenta el apoyo de agua subterránea que está disponible en muchas explotaciones agrícolas del Reino Unido." Hastings y cols. 2017, pág. 4.
^ Vaclav Smil estima aproximadamente una duplicación de la producción primaria neta (PPN) de biomasa en los trópicos en comparación con las regiones templadas del mundo. Sonríe 2015, pág. 81 .
^ Investigadores del proyecto de la UE MAGIC (Tierras marginales para el cultivo de cultivos industriales) afirman que el rango de temperatura de crecimiento de Miscanthus × giganteus está entre 8 y 45 °C. Hoja de cálculo EU MAGIC 2021.
^ «Un factor de aproximadamente dos convierte la materia seca en carbono (Michel et al., 2006) y 10 de t ha −1 a kg m −2 . [...] Figura 2 muestra las predicciones globales de la central nuclear Miscanthus a partir de la simulación de viabilidad. Los valores calculados varían desde 0,5 kg C m −2 año −1 en la región boreal hasta entre 1 y 2 kg C m −2 año −1 en latitudes medias y 3 y 5 kg C m −2 año −1 en los trópicos. » Hughes y cols. 2010, págs. 82–83.
^ Sheperd y col. argumentan que Micanthus × giganteus «regula a la baja la producción de asimilados por encima de 28°C» y predicen que los rendimientos en los trópicos serán bajos. Sin embargo, no se proporciona ninguna estimación del rendimiento tropical promedio. Pastor y col. 2020, págs.295, 298.
^ Zhang y otros. midieron un rendimiento de pasto bana (variante napier) de 74 toneladas por hectárea por año con fertilización ligera y 1000 mm de lluvia. Zhang et al. 2010, págs. 96, 98 (tabla 1).
^ Hoshino y col. midió un rendimiento más alto de 75,6 toneladas por hectárea por año en el segundo año de crecimiento bajo una intensa fertilización y con un nivel de lluvia de 1000 mm al año. Hoshino, Ono y Sirikiratayanond 1979, págs. 310, 311, 315.
^ Vicente-Chandler et al. descubrió que el pasto napier muy fertilizado producía 75.661 libras de materia seca por acre por año cuando se cortaba en intervalos de 90 días, equivalente a 84,8 toneladas por hectárea por año. Vicente‐Chandler, Silva y Figarella 1959, p. 202.
^ "Los requisitos totales de agua son aproximadamente 100 mm (4 pulgadas) por mes equivalente de lluvia. [...] El rendimiento de Giant King Grass depende del tiempo entre cosechas. Por ejemplo, una cosecha de seis meses de Giant King Grass alto , se pueden esperar obtener 80 o más toneladas estadounidenses por acre (180 toneladas métricas por hectárea) de pasto fresco con aproximadamente un 70-75% de humedad para dos cosechas por año, duplicando estas cifras". Viaespacio 2020.
^ Mackay cita rendimientos de 360 toneladas húmedas por hectárea por año, pero no cuantifica el contenido de humedad. Mackay 2020.
^ "La Cooperación Económica Asia-Pacífico (APEC) estima que las tierras marginales representan aproximadamente 400 millones de hectáreas en Asia, las islas del Pacífico, Australia y América del Norte. Otras estimaciones sitúan la superficie terrestre marginal mundial entre 1100 y 6650 millones de hectáreas. dependiendo de los parámetros utilizados para describir marginales (por ejemplo, "tierras agrícolas no favorecidas", "tierras de cultivo abandonadas o degradadas", o hábitats áridos, boscosos, de pastizales, matorrales o de sabana). El área potencial disponible en los EE. UU. para biomasa celulósica). cultivos y mezclas de plantas perennes nativas de alta diversidad y bajos insumos oscila entre 43 y 123 millones de hectáreas. Las diferencias en estas estimaciones reflejan las inconsistencias en el uso del término "tierra marginal", a pesar de su uso común en la industria y la literatura de la bioenergía. Las tierras marginales a menudo se describen como tierras degradadas que no son aptas para la producción de alimentos y/o de alguna calidad ambiguamente pobre y a menudo se denominan suelos improductivos que se caracterizan por propiedades químicas y/o físicas desfavorables que limitan el crecimiento y el rendimiento de las plantas, incluida la escasez de agua. y capacidad de almacenamiento de nutrientes, alta salinidad, elementos tóxicos y mala textura. Otras dificultades encontradas en los paisajes marginales incluyen la poca profundidad del suelo debido a la erosión, el drenaje deficiente, la baja fertilidad, el terreno empinado y el clima desfavorable. A pesar de la mala calidad de las tierras marginales y los problemas potenciales que podrían presentar para su producción, es poco probable que se cultive biomasa en tierras de alta calidad que sean económicamente viables para cultivos tradicionales". Quinn et al. 2015, págs. 1-2.
^ «Las estimaciones de tierras marginales/degradadas que actualmente se consideran disponibles para bioenergía oscilan entre 3,2 y 14,0 Mkm2, según los criterios de sostenibilidad adoptados, las definiciones de clases de tierra, las condiciones del suelo, el método de cartografía territorial y las consideraciones ambientales y económicas (Campbell et al. 2008; Cai et al. 2011; Lewis y Kelly 2014).» IPCC 2019c.
^ Se necesitan 30 días con una temperatura media inferior a -3,4 °C antes de que la temperatura del suelo caiga por debajo de -3,4 °C. Véase Hastings et al. 2009b, pág. 184. Quinn y cols. afirman que "[m]iscanthus × giganteus el área foliar y el rendimiento se reducen bajo estrés por sequía, pero la disponibilidad de agua no afecta la producción de brotes ni la altura de la planta al comienzo de la temporada de crecimiento. [p. 4]. [...] Miscanthus × giganteus y la viabilidad del rizoma no se ven afectadas por las inundaciones [p. 5]. [...] La salinidad por encima de 100 mM afectó el crecimiento de Miscanthus × giganteus, con rizomas > raíces > brotes en orden de sensibilidad creciente (rizomas menos sensibles). Los rizomas inicialmente eran menos sensibles [p. 8]. ...] Miscanthus × giganteus muestra una tolerancia al frío inusual para una especie C4 [p. 10] [...] Debido a que las especies C4 y CAM tienen mecanismos inherentes para resistir el estrés por calor, tiene sentido considerar cultivos de biomasa con estas vías fotosintéticas. (ver Tabla 5) [página 11]. [...] Nuestra revisión de la literatura ha revelado varios cultivos de biomasa "para todo uso" que son moderada o altamente tolerantes a múltiples factores estresantes ambientales (Tabla 6). Por ejemplo, Andropogon gerardii , Eucalyptus spp., Miscanthus spp., Panicum virgatum , Pinus spp., Populus spp., Robinia pseudoacacia y Spartina pectinata mostraron ser moderada o altamente tolerantes a cuatro o más tipos de estrés [p. 14]." Quinn et al. 2015, págs. 4, 5, 8, 10, 11, 14.
^ "La mayoría de los suelos salinos que cubren 539 567 km2 en el área geográfica europea se pueden usar para cultivar Miscanthus con una reducción estimada del 11% en el rendimiento; se pueden usar otros 2717 km2 con una reducción estimada del 28% en el rendimiento, y solo, 3607 km2 producirán una reducción del rendimiento superior al 50%." Stavridou et al. 2017, pág. 99.
^ "El DW del rizoma [peso seco] y las proporciones de raíz/rizoma y DW subterráneo/arriba no se vieron afectados por el aumento de la salinidad, y solo el DW de la raíz se redujo significativamente a la concentración de sal más alta (22,4 dS m-1). NaCl) (Tabla 1). Płażek et al. (2014) mostraron una respuesta similar en M. × giganteus, con reducción solo en el DW de las raíces a 200 mm de NaCl y sin cambios en el DW de los rizomas por debajo de 200 mm de NaCl. mantener la biomasa subterránea en condiciones de estrés podría preservar reservas suficientes para la siguiente temporada de crecimiento (Karp & Shield, 2008) si bien esto puede ser fisiológicamente relevante para tensiones transitorias como la sequía, aún está por verse cómo esta respuesta afecta año tras año; rendimiento bajo el efecto de estrés acumulativo de la salinidad". Stavridou et al. 2017, pág. 100.
^ "Los mayores rendimientos de biomasa, así como los mayores potenciales de ahorro de GEI y energía fósil (hasta 30,6 t CO2eq/ha*a [equivalentes de CO2 por hectárea por año] y 429 GJ/ha*a [gigajulio por hectárea por año] ], respectivamente) se pueden lograr en sitios no marginales de Europa Central. En sitios marginales limitados por el frío (Moscú/Rusia) o la sequía (Adana/Turquía) se pueden lograr ahorros de hasta 19,2 t CO2eq/ha*a y 273 GJ/ha. *a (Moscú) y se pueden alcanzar 24,0 t CO2eq/ha*a y 338 GJ/ha*a (Adana). Lewandowski et al. 2016, pág. 19.
^ El consumo de energía a base de carbón de China fue de 81,67 EJ en 2019 (52% del consumo mundial). Ver página 47. BP 2020.
^ "La muerte de los brotes significa que en un año determinado, habrá un rendimiento limitado pero una recuperación el año siguiente. La muerte de los rizomas significa que es necesario replantar el cultivo. [...] Para condiciones de sequía, calculamos el tiempo por debajo del marchitamiento punto: si esto excede los 30 días, entonces el brote se mata para ese año, si excede los 60 días para M. × giganteus, se mata el rizoma y se destruye el cultivo. Esto se basó en un experimento de estrés hídrico en una cámara de crecimiento con M. ×. giganteus (Clifton‐Brown y Hastings, datos no publicados). Esto se extiende a 60 y 120 días para M. sinensis . Hastings y cols. 2009b, pág. 161.
^ Roncucci y col. informa un rendimiento aproximadamente 2 veces mejor para miscanthus plantado en suelo franco arcilloso limoso (que tiene una mejor capacidad de retención de agua) en comparación con suelo franco arenoso (Italia) después de una temporada de crecimiento relativamente normal en cuanto a precipitaciones , y aproximadamente 6 veces mejor rendimiento después de una temporada de crecimiento que contiene una sequía severa: "En el segundo año de crecimiento (2011), los cultivos que crecían en suelos de SiC [franco-arcilloso] mostraron un rendimiento seco aéreo significativamente mayor (Tabla S1) en comparación con los cultivos que crecían en suelos SL [franco-arenoso] (19,1 frente a 10,9 Mg). ha −1 ) (Fig. 2a) [...] Las tendencias generales en la productividad de la biomasa se amplificaron en el tercer año de crecimiento (2012), cuando el miscanthus que crecía en suelo SL se vio gravemente influenciado por la sequía del verano que provocó una senescencia prematura en la superficie. , pérdida de hojas e inhibición de la floración, por lo tanto, promediado durante las tres fechas de cosecha, el rendimiento de biomasa seca en el suelo SL fue un orden de magnitud menor que en el suelo SiC (24,6 vs. 3,9 Mg ha −1 ). ] Los resultados obtenidos en nuestros experimentos confirmaron la importancia de la disponibilidad de agua para determinar rendimientos satisfactorios de miscanthus en un ambiente mediterráneo. De hecho, las plantaciones de miscanthus en suelos caracterizados por una pobre capacidad de retención de agua (es decir, suelo SL) se vieron gravemente afectadas después de tres años de crecimiento, con rendimientos cosechables en seco inferiores a 5 Mg ha-1. [...] Roncucci et al. 2015, págs. 1001, 1004. Stričević et al. Haga un comentario similar, agregando la profundidad de las raíces a la ecuación: "La disponibilidad de agua para Miscanthus dependía igualmente de la precipitación y la humedad acumulada del suelo, de modo que los rendimientos eran generalmente un reflejo de la profundidad de las raíces y las características del suelo. Por ejemplo, los rendimientos registrados en Ralja fueron más bajos que los logrados en Zemun debido a la capa de suelo restrictiva en el primer caso [a 1,1 m] y la incapacidad de Miscanthus para desarrollar raíces más profundas. Otros investigadores han corroborado la importancia del suelo y la profundidad de las raíces para la simulación de la producción de plantas (. Raes et al., 2009)." Véase Stričević et al. 2015, págs.1205.
^ Stričević y otros. Sin embargo, haga un punto de contraste: "Cada año Miscanthus aumentó su biomasa aérea y la profundidad de sus raíces [...]. En los primeros 2 años Miscanthus formó rizomas y el crecimiento de las raíces fue lento. En el tercer año, había suficiente humedad en el capa superficial de suelo más fértil, de modo que la profundidad de las raíces fue menor de lo esperado. Los siguientes 3 años fueron secos, por lo que en búsqueda de agua las raíces aumentaron considerablemente su profundidad (hasta 2,3 m), lo que concordaba con los datos recopilados en otros experimentos. (Neukirchen et al., 1999; Riche y Christian, 2001)". Véase Stričević et al. 2015, págs.1207.
^ El riego también puede aumentar el rendimiento si se aplica durante las estaciones de crecimiento secas (definidas como precipitaciones de 150 a 300 mm). En suelos con buena capacidad de retención de agua, el riego puede potencialmente evitarse si las precipitaciones exceden los 420 mm: "Mantineo et al. (2009) indicaron cómo el riego en los primeros 3 años después del establecimiento afectó el crecimiento y el tamaño subterráneo del miscanthus, y los mismos autores encontraron buenos rendimientos aéreos durante el cuarto y quinto año (alrededor de 27 y 18 Mg ha −1 ) cuando no se administró riego. Estos hallazgos son corroborados por Mann et al (2013b), quienes investigaron la dinámica del sistema radicular de miscanthus en respuesta al secano y al agua. condiciones irrigadas, y no destacó el desarrollo de raíces por debajo de una profundidad de 1,2 m en condiciones de secano, mientras que con riego suplementario durante el establecimiento, el miscanthus pudo desarrollar raíces a 3 m de profundidad. Por lo tanto, los patrones de crecimiento del miscanthus en suelo franco arenoso (Experimento 1) resaltaron la importancia de suministrar agua de riego también durante los años posteriores al establecimiento, sin embargo, en suelos caracterizados por una buena capacidad de retención de agua (Experimento 2), revelaron que el agua de riego no tuvo influencia en la productividad del cultivo. Estudios anteriores realizados en el Mediterráneo (centro y sur de Italia) comparando cultivos de miscanthus de regadío y de secano arrojaron resultados ambiguos. De hecho, en el sur de Italia, los cultivos de dos y tres años respondieron al riego sólo cuando el suministro de agua superó los 440 mm (Cosentino et al., 2007) o cuando las precipitaciones durante la temporada de crecimiento fueron bastante limitadas (alrededor de 400 mm) (Mantineo et al., 2009). La importancia de la precipitación para el miscanthus cultivado en el Mediterráneo fue confirmada por Petrini et al. (1996) quienes compararon miscanthus de secano y de regadío en dos lugares diferentes del centro de Italia. En cultivos de 2 años no se registraron diferencias en el rendimiento aéreo en el sitio con mayor precipitación (>420 mm), mientras que se observó un aumento del 58% en el rendimiento seco aéreo en miscanthus irrigados en el sitio con menor precipitación (alrededor de 420 mm). 313 milímetros). Finalmente, en nuestro sitio experimental, Ercoli et al. (1999), al comparar el efecto del riego y la fertilización con nitrógeno sobre el rendimiento de miscanthus, observaron un aumento de aproximadamente el 20% (+4,5 Mg ha -1 ) en parcelas irrigadas versus parcelas de secano cosechadas en otoño. Esto es consistente con nuestros resultados: cuando la precipitación durante la temporada de crecimiento fue bastante baja (~164 mm) y similar a la reportada por Ercoli et al. (1999) (~173 mm), las parcelas que recibieron riego aumentaron su rendimiento seco en alrededor del 15% en comparación con las parcelas de secano. Por el contrario, en 2012, cuando la precipitación fue mucho mayor (~400 mm), el miscanthus bajo ET0 y ET75 produjo casi lo mismo". Roncucci et al. 2015, págs. 1005-1006, .
^ Stričević y otros. Haga un comentario similar para los cultivos en Serbia. El suelo en esta área generalmente está bien humedecido al comienzo de la temporada de crecimiento debido al deshielo. Si las raíces crecen profundamente (2 a 3 m) y el suelo tiene buena capacidad de retención de agua, una lluvia de 300 a 400 mm durante la temporada es suficiente para obtener buenos rendimientos (20 a 25 toneladas por hectárea por año). Stričević et al. 2015, págs. 1204-1205. (Sin embargo, en la tabla 2, página 1208, los niveles de lluvia indicados para los rendimientos de 20 a 25 toneladas son aún más bajos: 220, 220 y 217 mm. No está claro por qué los autores optaron por la estimación de 300 a 400 mm en lugar de 220 mm. .) Los autores señalan que si no hay ninguna restricción de agua, es decir, si los cultivos se riegan, se puede esperar el doble de rendimiento (42 toneladas por hectárea por año). Tenga en cuenta que este rendimiento es el resultado de una simulación por computadora, no es un rendimiento medido real. Los autores utilizaron el software de predicción de rendimiento AquaCrop, disponible gratuitamente de la FAO, para calcular el rendimiento en condiciones óptimas: "Aunque Miscanthus generalmente logra altos rendimientos incluso cuando su suministro de agua es bajo, responde muy bien al riego, aumentando el rendimiento de biomasa hasta en un 100% (Cosentino et al., 2007). En las circunstancias ecológicas de Serbia, Miscanthus tuvo suficiente agua durante los primeros 3 años de investigación, pero estuvo bajo estrés hídrico durante períodos cortos en el cuarto, quinto y sexto año para comprobar si el modelo generaba algo realista. niveles de biomasa cuando el suministro de agua era no limitante, se utilizó el archivo denominado 'Generación de cronograma de riego' y se seleccionó la opción 'Reponer cuando se agote el 80% del agua disponible' así, si se aplica riego, se indican las fechas de riego y las cantidades. Es necesario ingresar cantidades de agua para que se contabilicen en el balance hídrico. En el presente ejemplo, en lugar de ingresar las fechas de riego y las cantidades de agua, el modelo determinó cuánta agua se necesitaba y cuándo para lograr los rendimientos potenciales. Los mismos datos de entrada con la adición de agua de riego generaron un rendimiento de 42 Mg ha-1, que coincidió con los registrados en Grecia e Italia bajo riego y condiciones libres de restricciones, en circunstancias climáticas similares y con densidades de cultivo similares (Cosentino et al. , 2007; Danalatos et al., 2007)" (ibid, págs. 1206-1207).
^ "El miscanthus cultivado en suelos contaminados puede contener concentraciones más altas de TE [oligoelementos; metales y metaloides] en los brotes, pero el TF [factor de translocación], que en su mayor parte es inferior a 1, indica que la transferencia de TE de raíz a brote es minimizado (Tabla 3). La combinación de este rasgo con un bajo BCF [factor de bioconcentración] y mayores concentraciones de TE en las raíces que en los brotes demuestra la capacidad de contener TE en los suelos debido al crecimiento perenne y su capacidad para estabilizar el TE y degradarlo. algunos contaminantes orgánicos, Miscanthus podría potencialmente limitar la transferencia de contaminantes a diferentes compartimentos ambientales al reducir (1) la lixiviación de contaminantes desde la zona de las raíces y la contaminación del agua subterránea, (2) la escorrentía de contaminantes (erosión hídrica) y la contaminación del agua superficial, (3) la emisión de polvo a la atmósfera debido a la erosión eólica y la labranza estacional del suelo, y (4) la transferencia de contaminantes a las partes AG [sobre el suelo] de las plantas y, por lo tanto, a las cadenas alimentarias. Por lo tanto, como cultivo no alimentario, Miscanthus constituye un recurso potencial para el fitomanejo de contaminantes. áreas, con la opción de fitoestabilización TE y/o degradación de contaminantes orgánicos, de ahí la oportunidad de reducir los riesgos tanto humanos como ambientales". Nsanganwimana et al. 2014, pág. 129.
^ "La materia prima para los pellets de madera es biomasa leñosa de acuerdo con la Tabla 1 de la norma ISO 17225-1. Los pellets generalmente se fabrican en una matriz, con un contenido de humedad total generalmente inferior al 10 % de su masa en húmedo". ISO (Organización Internacional de Normalización) 2014a.
^ "La materia prima para los pellets no leñosos puede ser biomasa herbácea, biomasa de frutas, biomasa acuática o mezclas y mezclas de biomasa. Estas mezclas y mezclas también pueden incluir biomasa leñosa. Por lo general, se fabrican en un molde con un contenido de humedad total generalmente inferior a 15 % de su masa." ISO (Organización Internacional de Normalización) 2014b.
^ Datos de pérdidas de transmisión del Banco Mundial, obtenidos de la AIE. El Banco Mundial 2010.
^ Además, Smil estima que los parques solares fotovoltaicos recién instalados alcanzan entre 7 y 11 W/m 2 en las regiones soleadas del mundo. Sonríe 2015, pág. 191.
^ "Las reservas de carbono del suelo son un equilibrio entre la tasa de descomposición de la materia orgánica del suelo y el material orgánico aportado cada año por la vegetación, el estiércol animal o cualquier otro aporte orgánico". McCalmont et al. 2017, pág. 496.
^ "El COS [carbono orgánico del suelo] derivado de los insumos de los cultivos será menor durante los primeros años de establecimiento (Zimmermann et al., 2012) y las pérdidas por perturbaciones del carbono C3 residente superarán los insumos de C4 cuando se plantan en pastizales". McCalmont et al. 2017, pág. 496.
^ Asimismo, las emisiones de N2O (óxido nitroso) varían mucho según el uso anterior de la tierra, la madurez de los cultivos y la tasa de fertilización; sin embargo, "[...] las emisiones posteriores al establecimiento de los cultivos perennes fueron en general mucho más bajas que las emisiones de los cultivos anuales [...] nosotros concluyen que centrarse en suelos con bajas emisiones de carbono para el cultivo de cultivos bioenergéticos perennes reducirá las pérdidas de carbono en el suelo en el corto plazo y promoverá el secuestro de carbono en el suelo en el largo plazo. A nivel mundial, se propone que la gestión de la tierra para promover dicho secuestro y evitar la pérdida puede ser posible. ser una herramienta valiosa en la mitigación del cambio climático (Lal, 2003)". Whitaker y cols. 2018, págs.152, 154.
^ ab "Es probable que cualquier alteración del suelo, como el arado y el cultivo, provoque pérdidas por respiración a corto plazo de carbono orgánico del suelo, descompuesto por poblaciones de microbios del suelo estimuladas (Cheng, 2009; Kuzyakov, 2010). Se repite la perturbación anual bajo cultivos herbáceos. este año tras año, lo que resulta en niveles reducidos de COS. Los sistemas agrícolas perennes, como los pastizales, tienen tiempo para reemplazar sus pérdidas por perturbaciones poco frecuentes, lo que puede resultar en mayores contenidos de carbono en el suelo en estado estacionario (Gelfand et al., 2011; Zenone et al., 2013). " McCalmont et al. 2017, pág. 493.
^ ab "La labranza rompe los agregados del suelo que, entre otras funciones, se cree que inhiben que las bacterias, los hongos y otros microbios del suelo consuman y descompongan la MOS (Grandy y Neff 2008). Los agregados reducen el acceso microbiano a la materia orgánica al restringir el acceso físico a los minerales. compuestos orgánicos estabilizados, además de reducir la disponibilidad de oxígeno (Cotrufo et al. 2015; Lehmann y Kleber 2015). Cuando los agregados del suelo se rompen con la labranza en la conversión de ecosistemas nativos a la agricultura, aumenta el consumo microbiano de COS y la posterior respiración de CO2. dramáticamente, reduciendo las reservas de carbono del suelo (Grandy y Robertson 2006; Grandy y Neff 2008)". IPCC 2019a, pág. 393.
^ "Cinco opciones tienen un gran potencial de mitigación (>3 GtCO2e año–1) sin impactos adversos en los otros desafíos (nivel de confianza alto). Estas son: aumento de la productividad alimentaria; reducción de la deforestación y degradación forestal; aumento del contenido de carbono orgánico del suelo; manejo de incendios; y reducción de las pérdidas poscosecha [...] El aumento de las reservas de carbono en el suelo elimina el CO2 de la atmósfera y aumenta la capacidad de retención de agua del suelo, confiriendo así resiliencia al cambio climático y mejorando la capacidad de adaptación [...] Desde que aumenta. El contenido de materia orgánica del suelo es una medida para abordar la degradación de la tierra (ver Sección 6.2.1), y la restauración de tierras degradadas ayuda a mejorar la resiliencia al cambio climático, el aumento del carbono del suelo es una opción importante para la adaptación al cambio climático , con alrededor de 120.000 km2 perdidos por la degradación. cada año, y más de 3.200 millones de personas se ven afectadas negativamente por la degradación de la tierra a nivel mundial (IPBES 2018), las prácticas diseñadas para aumentar el carbono orgánico del suelo tienen un gran potencial para abordar los desafíos de adaptación (Tabla 6.23)". IPCC 2019d, págs. 591, 572, 591.
^ Dondini y col. 2009, pág. 422. Los autores no cuantifican el rendimiento de masa seca aérea; en cambio, aquí se utiliza la mediana de la estimación de McCalmont de 10 a 15 toneladas para todo el Reino Unido (ver McCalmont et al. 2017, p. 497), junto con Kahle. et al., estimación del contenido de carbono del miscanthus del 48% (ver Kahle et al. 2001, tabla 3, página 176).
^ Milner y col. 2016, tabla 4, páginas 322, 323. Dado el rendimiento medio de masa seca en el Reino Unido de 12,5 toneladas por hectárea (ver McCalmont et al. 2017, p. 497), junto con la estimación del contenido de carbono del miscanthus de Kahle et al. del 48% (ver Kahle et al. 2001, tabla 3, página 176.
^ Nakajima y col. 2018, pág. 1. En general, se esperan tasas de acumulación neta más bajas para las plantaciones jóvenes, debido a la acelerada descomposición del carbono y, por lo tanto, a las emisiones de CO2 en el momento de la plantación (ver Entrada/salida de carbono del suelo). Los autores citan un rendimiento de masa seca de 25,6 (± 0,2) toneladas por hectárea por año. Estimación del contenido de carbono 48% (ver Kahle et al. 2001, tabla 3, página 176).
^ El sitio de Miscanthus de 16 años tenía 106 toneladas de carbono subterráneo por hectárea. El sitio de control 1 tenía 91 toneladas de carbono subterráneo, el sitio de control 2 tenía 92 toneladas. Diferencia media con respecto a los sitios de control 15,5 toneladas. Para el carbono aéreo, la materia seca total cosechada por hectárea durante el sitio de 16 años fue de 114 toneladas, o 7,13 toneladas por año. Después de 16 años, el carbono subterráneo total derivado de Miscanthus (C4) había alcanzado las 18 toneladas, equivalente al 29% del carbono total ingresado por Miscanthus a lo largo de los años, en forma de hojas caídas, rizomas y raíces. La entrada media anual de carbono procedente del miscanthus fue de 1,13 toneladas. Hansen et al. 2004, págs. 102-103.
^ "[...] parece probable que la tierra cultivable convertida a Miscanthus capture carbono en el suelo; de las 14 comparaciones, 11 mostraron aumentos generales en el COS en las profundidades totales de la muestra con tasas de acumulación sugeridas que oscilan entre 0,42 y 3,8 Mg C ha - 1 año −1 Sólo tres comparaciones de cultivos cultivables mostraron reservas de COS más bajas bajo Miscanthus, y estas sugirieron pérdidas insignificantes entre 0,1 y 0,26 Mg ha −1 año −1 . McCalmont et al. 2017, pág. 493.
^ "La correlación entre la edad de la plantación y el COS se puede ver en la Fig. 6, [...] la línea de tendencia sugiere una tasa de acumulación neta de 1,84 Mg C ha −1 año −1 con niveles similares a los de los pastizales en equilibrio". McCalmont et al. 2017, pág. 496.
^ Dado el rendimiento máximo promedio de la UE de 22 toneladas de materia seca por hectárea por año (aproximadamente 15 toneladas durante la cosecha de primavera). Véase Anderson et al. 2014, pág. 79). 15 toneladas también se citan explícitamente como el rendimiento medio de primavera en Alemania, véase Felten & Emmerling 2012, p. 662. 48% de contenido de carbono; ver Kahle et al. 2001, cuadro 3, página 176.
^ «La variación de las tasas de cambio de MOS total en los primeros 5 años después de plantar Miscanthus fue muy alta, oscilando entre −4 y 7 mg C ha−1 año−1 (Fig. 4b). Se llegó a un hallazgo similar en otros lugares durante los primeros 2 a 3 años después de la siembra de Miscanthus: −6,9 a 7,7 mg C ha−1 año−1 (Zimmerman et al., 2011). La variación del cambio anual de MOS disminuyó con el tiempo y fue insignificante después de 15 años (Fig. 4b).» Zang et al. 2017, pág. 267.
^ "[...] [M]iscanthus tenía propiedades químicas diferentes a las de los pellets de madera comunes y requiere tecnologías de caldera específicas para manejar su naturaleza de combustión alternativa [...]. Hay varios fabricantes y proveedores de calderas que afirman que serían Están felices de utilizar miscanthus en sus calderas y cumplirán la garantía con su uso. Sin embargo, no todos los proveedores de calderas están felices de usar miscanthus. Invariablemente, si la caldera puede utilizar miscanthus, también puede funcionar con combustibles menos problemáticos, como la madera, pero no el otro. por ahí." Caslin, Finnan y Easson 2010, págs.31, 32.
^ "Los costos de producción de biomasa de miscanthus son actualmente demasiado altos para competir comercialmente con los combustibles fósiles en términos energéticos. Los altos costos de producción de biomasa de miscanthus son el resultado de un desarrollo insuficiente de la tecnología de producción agrícola, acompañado de costos adicionales de insumos agrícolas, tierra y mano de obra para una biomasa de valor relativamente bajo Aunque se amortizan en un período de producción de 10 a 25 años, los costos iniciales de establecimiento del miscanthus siguen siendo comparativamente altos. Esto se debe a que el único genotipo Miscanthus × giganteus disponible comercialmente es un híbrido triploide que no produce. En consecuencia, se debe realizar un establecimiento costoso a través de rizomas o propagación in vitro (Xue et al., 2015) también es nuevo para los agricultores y no tienen el conocimiento ni el equipo técnico para cultivarlo. Actualmente, la tecnología está limitando su adopción generalizada como cultivo de biomasa. No hay mercados estables para la biomasa de miscanthus y las aplicaciones relevantes son de bajo valor. Los agricultores dudan en cultivar miscanthus porque implica dedicar sus campos a la producción de biomasa a largo plazo. Solo estarán dispuestos a hacer esto una vez que los mercados de biomasa sean estables o si hay contratos a largo plazo disponibles (Wilson et al., 2014). El principal uso de la biomasa lignocelulósica procedente de cultivos perennes es como combustible sólido para la generación de calor y energía, un uso comparativamente de bajo valor, cuya rentabilidad está determinada en última instancia por el precio de los combustibles fósiles. En Europa, los subsidios son generalmente necesarios para que los productos bioenergéticos puedan competir en los mercados minoristas de energía, con la notable excepción de la madera forestal y los subproductos forestales que no pueden usarse para productos de madera. Por lo tanto, también se requieren aplicaciones de mayor valor para la biomasa de miscanthus a fin de ofrecer opciones de mercado atractivas. No existen variedades de miscanthus adaptadas a las diferentes características del sitio y opciones de uso de la biomasa. En Europa, Miscanthus × giganteus es el único genotipo disponible comercialmente. Los principales obstáculos para el mejoramiento de variedades de miscanthus son los altos costos involucrados y los largos períodos de mejoramiento, necesarios porque la mayoría de los parámetros relevantes para el rendimiento y la calidad no son cuantificables hasta después de la fase de establecimiento de 2 a 3 años". Lewandowski et al. 2016, pág.2.
^ "El miscanthus se puede cosechar cortándolo con una cortadora de césped acondicionadora y enfardándolo en grandes fardos Heston o en fardos redondos y luego desprendiéndolos de los fardos. También se puede desmenuzar con un cabezal Kemper de maíz durante la cosecha. Sin embargo, el problema con este tipo de cosecha La densidad aparente del cultivo es baja, de aproximadamente 50 a 130 kg/m3. El cultivo es muy voluminoso y ocupará mucho espacio de almacenamiento durante la cosecha. Además, el almacenamiento de astillas puede ser problemático si son demasiado pequeñas o están demasiado húmedas. puede ocurrir calentamiento. El otro problema potencial con el miscanthus es que debido a su naturaleza esponjosa en forma de astillas, puede potencialmente formar puentes o bloquearse mientras se alimenta a la zona de combustión de la caldera. Sin embargo, un mecanismo de alimentación por barrena adecuado solucionará este problema. .] Cuando se transporta miscanthus a granel en forma de trozos, se puede transportar en cargas de 96 m3. La mayoría de los operadores informan cargas mínimas de 11,5 toneladas por carga con un 20% de humedad, lo que indica una densidad aparente de aproximadamente 120 kg/m3, lo que equivale a 1,60 € por GJ de. energía entregada." Caslin, Finnan y Easson 2010, págs.31, 33.
^ "Las empacadoras redondas y rectangulares de gran tamaño son capaces de producir pacas con una densidad de materia seca de entre 120 y 160 kg/m3 y un peso de entre 250 y 600 kg." Caslin, Finnan y Easson 2010, pág. 22. Además, Huisman 2001, p. 2098 cotiza 250 kg/m3 para empacadoras de alta densidad.
^ "El briquetado reduce el consumo de electricidad en la densificación en casi un 50% con respecto al peletizado (Comunicación personal, Wolfgang Stelte). En este caso, la ventaja en el consumo de energía de la cadena de torrefacción frente a la cadena WWP casi se duplica al 10,3%. Los GEI La ventaja aumenta en consecuencia, hasta una reducción del 33% de briquetas de madera torrefacta (TWB) en comparación con WWP, como se puede ver en la Figura 9." Wild y Visser 2018, págs. 16-17.
^ La biomasa torrefactada tiene un contenido de humedad del 1 al 5%. La razón por la que todavía queda algo de humedad en la masa torrefactada a pesar de su cualidad hidrófoba, son pequeñas grietas o fisuras en los pellets o briquetas que posibilitan la entrada de humedad. Salvaje 2015, págs.72, 74.
^ "La estabilidad de la llama puede verse exacerbada aún más por las diferencias en el tamaño de las partículas, ya que las partículas grandes pueden actuar como disipadores de calor, aumentando el tiempo de resonancia de la partícula antes de la ignición e influyendo en el equilibrio entre la pérdida y la liberación de calor. Para una llama estable en un pulverizado En el funcionamiento con carbón, normalmente se requiere la pulverización del combustible al 70 % por debajo de 75 μm [Se requiere reducir al menos el 70 % de la cantidad total de partículas a un tamaño inferior a 75 μm.] La facilidad con la que se pueden pulverizar los combustibles a 70 μm. El % por debajo de 75 μm se describe utilizando el índice de capacidad de molienda de Hardgrove (HGI). Los carbones generalmente se encuentran entre 30 (mayor resistencia a la pulverización) y 100 (más fácil de pulverizar) en la escala. Se proporciona el HGI para el Miscanthus sin procesar y los biocarbones procesados. en la Tabla 3. El Miscanthus sin procesar tiene un HGI de cero, lo que esencialmente implica, bajo las condiciones de prueba, que ningún combustible alcanzaría los 75 μm deseados y, por lo tanto, suponiendo co-molino, habría un mayor requerimiento de energía para que la molienda alcance los 75 μm. μm o las partículas de combustible pulverizadas tendrían un diámetro superior a 75 μm." Smith y cols. 2018, pág. 551.
^ Véase Bridgeman et al. 2010, pág. 3916. Además, Smith et al. midió un HGI de 150 para Miscanthus pretratado con carbonización hidrotermal, a veces llamada torrefacción "húmeda": "El HGI de 150 (ver Tabla 3) para las muestras procesadas a 250 °C también implica que el combustible se pulverizará fácilmente y debería haber Habrá problemas limitados con la estabilidad de la llama provocados por diámetros de partículas más grandes encontrados con biomasa no tratada". Smith y cols. 2018, pág. 554.
^ "En promedio, los carbones utilizados en las centrales eléctricas del Reino Unido tienen un HGI de alrededor de 40 a 60; el carbón de La Loma probado en este trabajo se encuentra dentro de este rango con un HGI de 46". Williams y cols. 2015, pág. 382.
^ "Los inorgánicos pueden ser un problema particular para Miscanthus durante la combustión, ya que grandes cantidades de metales alcalinos y alcalinos, particularmente potasio y sodio, junto con el azufre y el cloro influyen en la química de las cenizas e influyen en el comportamiento del combustible en términos de su tendencia a corroer equipos y causa escoria, incrustaciones y en ciertos hornos aglomeración del lecho [...] La incrustación es un fenómeno que se produce cuando el potasio y el sodio, en combinación con el cloro, se evaporan parcialmente cuando se exponen al calor radiante y forman cloruros alcalinos que se condensan en superficies más frías como. Intercambiadores de calor. Estos depósitos no solo reducen la eficiencia del intercambiador de calor; también desempeñan un papel importante en la corrosión, ya que estos depósitos pueden reaccionar con el azufre en los gases de combustión para formar sulfatos alcalinos que liberan cloro. oxidación activa y corrosión del material del horno." Smith y cols. 2018, págs.554, 556.
^ "En la combustión de miscanthus, los componentes inorgánicos permanecen como cenizas. El contenido total típico de cenizas de miscanthus está en el rango de 2,0% a 3,5%. En los sistemas de combustión con parrilla, las cenizas más gruesas se descargan como cenizas de fondo, mientras que las La fracción de ceniza más fina sale de la zona de combustión con los gases de escape como cenizas volantes. Debido a la baja temperatura de fusión de las cenizas, que está fuertemente correlacionada con el contenido de potasio y cloruro de las cenizas, la temperatura de combustión se mantiene lo más baja posible". Lanzerstorfer 2019, págs. 1-2.
^ "La escoria es un fenómeno provocado por la fusión de las cenizas cuando los depósitos de cenizas se exponen al calor radiante, como las llamas en un horno. Como la mayoría de los hornos están diseñados para eliminar las cenizas como residuos en polvo, a menudo es necesario tener una temperatura de fusión de cenizas alta. De lo contrario, tiene una mayor tendencia a fusionarse formando una escoria vítrea dura, conocida como clinker, que puede ser difícil de eliminar del horno [...] El AFT es un método cualitativo para evaluar la propensión de un combustible a fundirse. escoria y funciona calentando una pieza de prueba de ceniza y analizando las transiciones en la química de la ceniza. Las transiciones clave incluyen: (i) contracción, que representa predominantemente la descomposición de carbonatos en carbonatos derivados hidrotermalmente, (ii) temperatura de deformación, que esencialmente representa el punto de inicio. en el que la ceniza en polvo comienza a aglomerarse y comienza a adherirse a las superficies, (iii) hemisferio, por el cual la ceniza se aglomera y es pegajosa y (v) flujo, por el cual la ceniza se funde. Para la mayoría de las centrales eléctricas, la escoria se vuelve problemática entre la deformación y temperatura del hemisferio." Smith y cols. 2018, pág. 554.
^ "Para que Miscanthus se ajuste mejor a los requisitos de calidad de la combustión, se cosecha convencionalmente a finales del invierno o principios de la primavera en el Reino Unido, después de lo cual el cultivo ha senescado por completo y los nutrientes se han removilizado en el rizoma. [...] Además, mientras Las muestras de Miscanthus cosechadas tardíamente han mejorado la calidad del combustible, con un menor contenido de nitrógeno, cloro, cenizas y metales alcalinos; los resultados presentados en Baxter et al., [2] indican que la escoria, la incrustación y la corrosión siguen siendo más probables en la mayoría de los cultivos. la reducción de nutrientes provocada por la hibernación sigue siendo insuficiente para lograr una combustión segura [...]." Smith y cols. 2018, pág. 546.
^ Saleh 2013, pag. 100. Saleh también encontró una reducción aproximada del 65% en el caso de la paja. Asimismo, Ren et al. encontró que "[...] 59,1% en peso, 60,7% en peso y 77,4% en peso del contenido de cloro de los residuos de aceituna, DDGS y paja de maíz , respectivamente, fueron liberados durante la torrefacción". Ren et al. 2017, pág. 40.
^ Johansen y col. encontró que "[...] Cl [cloro] es el principal facilitador de la liberación de K [potasio] a través de la sublimación [liberación directa de gas] de KCl [cloruro de potasio] [...]." El cloruro de potasio es la "[...] especie de Cl dominante que se encuentra en la biomasa, [...]" y permanece estable en la fase sólida hasta que las temperaturas alcanzan los 700–800 °C. Tenga en cuenta que se ha observado una pequeña cantidad (5–10 %) de liberación de potasio a temperaturas inferiores a 700 °C. En el punto umbral, "[...] la liberación a alta temperatura de K [potasio] en forma de KCl [cloruro de potasio] es equivalente a la cantidad disponible de Cl [cloro] total en el combustible como materia prima". En otras palabras, "[...] la liberación de K [potasio] parece estar limitada por la cantidad de Cl [cloro] disponible". Así, es principalmente la unión con el cloro lo que hace posible que el potasio se convierta en gas y ensucie el interior del equipo de combustión; la liberación de potasio "[...] cesará a medida que el combustible, sometido a pirólisis o combustión, alcance un estado de decloración completa". En este punto, el potasio se fusionará con silicatos y aluminiosilicatos a aproximadamente 800 °C y quedará retenido en las cenizas. Johansen et al. 2011, págs. 4961, 4962, 4968.
^ "Estudios recientes de Reza et al. y Smith et al. han informado sobre el destino de los inorgánicos y heteroátomos durante la HTC [carbonización hidrotermal] de Miscanthus e indican una eliminación significativa de los metales alcalinos, potasio y sodio, junto con el cloro. [. ..] El análisis del comportamiento de fusión de las cenizas en Smith et al., mostró una reducción significativa en la propensión a la formación de escoria del combustible resultante, junto con el riesgo de incrustación y corrosión combinados [...] En consecuencia, HTC ofrece el potencial de mejorar Miscanthus a partir de. un combustible de valor razonablemente bajo en un combustible de alta calidad, con un alto poder calorífico, propiedades de manejo mejoradas y una química de cenizas favorable [...] HTC a 250 °C puede superar los problemas de escoria y aumentar la temperatura de deformación de las cenizas de 1040 °C a. 1320 °C para Miscanthus cosechado tempranamente. La química también sugiere una reducción en la propensión a la incrustación y la corrosión para ambos combustibles tratados a 250 °C". Smith y cols. 2018, págs.547, 556.
^ "Los costos y beneficios ambientales de la bioenergía han sido objeto de un importante debate, particularmente para los biocombustibles de primera generación producidos a partir de alimentos (por ejemplo, cereales y semillas oleaginosas). Los estudios han informado ahorros de GEI en el ciclo de vida que van desde una reducción del 86% hasta una Aumento del 93% en las emisiones de GEI en comparación con los combustibles fósiles (Searchinger et al., 2008; Davis et al., 2009; Liska et al., 2009; Whitaker et al., 2010). Además, se han planteado preocupaciones sobre las emisiones de N2O. del cultivo de materias primas para biocombustibles podría haberse subestimado (Crutzen et al., 2008; Smith & Searchinger, 2012) y que la expansión del cultivo de materias primas en tierras agrícolas podría desplazar la producción de alimentos a tierras con altas reservas de carbono o alto valor de conservación (es decir, iLUC), creando una deuda de carbono que podría tardar décadas en pagarse (Fargione et al., 2008). Otros estudios han demostrado que las emisiones directas relacionadas con el nitrógeno procedentes de las materias primas de los cultivos anuales pueden mitigarse mediante prácticas de gestión optimizadas (Davis et al., 2013) o mediante la recuperación de la inversión. Los tiempos son menos significativos que los propuestos (Mello et al., 2014). Sin embargo, todavía existen preocupaciones importantes sobre los impactos de iLUC, a pesar de los desarrollos de políticas destinadas a reducir el riesgo de que ocurra iLUC (Ahlgren & Di Lucia, 2014; Del Grosso et al., 2014)". Whitaker et al. 2018, p. 151.
^ "El impacto del crecimiento de cultivos como materia prima para bioenergía y biocombustibles ha sido motivo de especial preocupación, y algunos sugieren que el equilibrio de gases de efecto invernadero (GEI) de los cultivos alimentarios utilizados para etanol y biodiesel puede no ser ni mejor ni peor que los combustibles fósiles (Fargione et al., 2008; Searchinger et al., 2008). Esto es controvertido, ya que la asignación de emisiones de GEI a la gestión y el uso de coproductos puede tener un gran efecto en la huella de carbono total de los productos bioenergéticos resultantes (Whitaker et al., 2010; Davis et al., 2013). Las posibles consecuencias del cambio de uso de la tierra (LUC) para la bioenergía en el equilibrio de GEI a través del desplazamiento de cultivos alimentarios o el cambio 'indirecto' de uso de la tierra (iLUC) también son una consideración importante (Searchinger et al., 2008). ". Milner et al. 2016, págs. 317–318.
^ "Si bien la premisa inicial con respecto a la bioenergía era que el carbono recientemente capturado de la atmósfera hacia las plantas generaría una reducción inmediata en las emisiones de GEI provenientes del uso de combustibles fósiles, la realidad resultó menos sencilla. Los estudios sugirieron que las emisiones de GEI provenientes de la producción de cultivos energéticos y el uso de la tierra El cambio podría superar cualquier mitigación de CO2 (Searchinger et al., 2008; Lange, 2011). La producción de óxido nitroso (N2O), con su poderoso potencial de calentamiento global (GWP), podría ser un factor importante para compensar las ganancias de CO2 (Crutzen et al. , 2008), así como la posible acidificación y eutrofización del medio ambiente circundante (Kim y Dale, 2005). Sin embargo, no todas las materias primas de biomasa son iguales, y la mayoría de los estudios críticos con la producción de bioenergía se refieren a los biocombustibles producidos a partir de cultivos alimentarios anuales con un alto contenido de fertilizantes. Los cultivos energéticos perennes, producidos en tierras agrícolas existentes de menor calidad, ofrecen una alternativa sostenible con ahorros significativos de gases de efecto invernadero. emisiones y secuestro de carbono en el suelo cuando se producen con una gestión adecuada (Crutzen et al., 2008; Hastings et al., 2008, 2012; Cherubini et al., 2009; Dondini et al., 2009a; Don et al., 2012; Zatta et al., 2014; Richter et al., 2015)". McCalmont et al. 2017, p. 490.
^ "En muchos estudios de ACV se han demostrado reducciones significativas en las emisiones de GEI en una variedad de tecnologías y escalas de bioenergía (Thornley et al., 2009, 2015). Las reducciones más significativas se han observado en casos de calor y energía. Sin embargo, algunos otros Los estudios (particularmente sobre combustibles para el transporte) han indicado lo contrario, es decir, que los sistemas de bioenergía pueden aumentar las emisiones de GEI (Smith & Searchinger, 2012) o no lograr umbrales de ahorro de GEI cada vez más estrictos. Varios factores impulsan esta variabilidad en los ahorros calculados, pero. Sabemos que cuando no se logran reducciones significativas o se informa una amplia variabilidad, a menudo hay incertidumbre en los datos o variaciones en la metodología de ACV aplicada (Rowe et al., 2011). Se ha demostrado que influye significativamente en la intensidad de GEI de las vías de producción de biocombustibles (Fig. 3), mientras que el impacto del forzamiento radiativo a corto plazo de las partículas de carbono negro de la combustión de biomasa y biocombustibles también representa una importante incertidumbre en los datos (Bond et al., 2013)". Whitaker y cols. 2018, págs. 156-157.
^ Véase Whitaker et al. 2018, pág. 156. Para cálculos, consulte el apéndice S1.
^ Véase Emmerling & Pude 2017, págs. 275-276. Emmerling y Pude parafrasean a Felten et al. 2013. Para cálculos de rendimiento, secuestro de carbono y GEI, consulte Felten et al. 2013, págs.160, 166, 168.
^ "Si bien estos valores representan los extremos, demuestran que la selección del sitio para el cultivo de cultivos bioenergéticos puede marcar la diferencia entre grandes ahorros o pérdidas de GEI [gases de efecto invernadero], cambiando las emisiones de GEI del ciclo de vida por encima o por debajo de los umbrales obligatorios. Reducir las incertidumbres en ∆C Por lo tanto, [el aumento o la disminución de carbono] después del LUC [cambio de uso de la tierra] es más importante que refinar las estimaciones de emisiones de N2O [óxido nitroso] (Berhongaray et al., 2017). cultivos bioenergéticos perennes en suelos con bajas emisiones de carbono (ver sección 2 [...] La suposición de que las tierras de cultivo anuales ofrecen un mayor potencial para el secuestro de carbono en el suelo que los pastizales parece ser demasiado simplista, pero existe una oportunidad de mejorar las predicciones del carbono en el suelo). potencial de secuestro utilizando información sobre la reserva inicial de carbono del suelo como un predictor más fuerte de ∆C [cambio en la cantidad de carbono] que el uso anterior de la tierra". Whitaker y cols. 2018, págs.156, 160.
^ "La Fig. 3 confirmó que no hubo cambios o hubo una ganancia de COS [carbono orgánico del suelo] (positivo) al plantar Miscanthus en tierras cultivables en Inglaterra y Gales y solo una pérdida de COS (negativo) en partes de Escocia. El COS anual total El cambio en GB en la transición de tierras cultivables a Miscanthus si se plantara toda la tierra no restringida sería de 3,3 Tg C año −1 [3,3 millones de toneladas de carbono por año]. Los cambios medios del COS para los diferentes usos de la tierra fueron todos positivos cuando se utilizaron histosoles. excluidos, con pastizales mejorados que producen el mayor Mg C ha −1 año −1 [toneladas de carbono por hectárea por año] con 1,49, seguidos por las tierras cultivables con 1,28 y los bosques con 1. Separando este cambio de COS por uso original de la tierra (Fig. 4 ) revela que hay grandes regiones de pastizales mejorados que, si se plantan con cultivos bioenergéticos, se prevé que darán lugar a un aumento del COS. Se encontró un resultado similar al considerar la transición desde las tierras cultivables; sin embargo, en el centro-este de Inglaterra, hubo un aumento. efecto neutral previsto sobre el COS. Sin embargo, se prevé que Escocia tendrá una disminución en todos los usos de la tierra, particularmente en los bosques, debido principalmente a un mayor COS y menores rendimientos de Miscanthus y, por lo tanto, menos insumos". Milner et al. 2016, p. 123.
^ "En resumen, hemos cuantificado los impactos del LUC [cambio de uso de la tierra] en los cultivos bioenergéticos en el equilibrio de COS y GEI. Esto ha identificado que el LUC de los cultivos cultivables, en general, conduce a un aumento del COS, y el LUC de los bosques se asocia con una reducción El COS y el aumento de las emisiones de GEI son muy variables e inciertos en su respuesta al CUS de la bioenergía y, dada su presencia generalizada en el paisaje templado, siguen siendo un motivo de preocupación y una de las principales áreas en las que se deberían centrar los futuros esfuerzos de investigación". Harris, Spake y Taylor 2015, pág. 37 (ver también p. 33 sobre variaciones de SOC). Sin embargo, los autores señalan que "[e]l tiempo promedio desde la transición en todos los estudios fue de 5,5 años (Xmax 16, Xmin 1) para el SOC" y que "[...] la mayoría de los estudios consideraron el SOC entre 0 y 30 cm. perfil sólo [...]." Harris, Spake y Taylor 2015, págs. Se esperan bajas tasas de acumulación de carbono para las plantaciones jóvenes, debido a la acelerada descomposición del carbono en el momento de la plantación (debido a la aireación del suelo) y al aporte medio de carbono al suelo relativamente bajo durante la fase de establecimiento (2 a 3 años). Además, dado que los cultivos energéticos dedicados como el miscanthus producen significativamente más biomasa por año que los pastizales regulares, y aproximadamente el 25% del contenido de carbono de esa biomasa se agrega con éxito a las reservas de carbono del suelo cada año (consulte Acumulación anual neta de carbono), parece razonable Es de esperar que con el tiempo el carbono orgánico del suelo aumente también en los pastizales convertidos. Los autores citan una fase de generación de carbono de 30 a 50 años para las plantas perennes en pastizales convertidos, ver Harris, Spake & Taylor 2015, p. 31.
^ "Después de siglos de quemar madera para obtener energía o procesar forraje para obtener caballos de fuerza, la primera generación de materias primas bioenergéticas fueron cultivos alimentarios, como maíz, colza, caña de azúcar y palma aceitera, utilizados para producir bioetanol y biodiesel. Estos requerían un alto insumo en términos de fertilizantes y energía, lo que aumentó su huella de carbono (St. Clair et al., 2008). Además, el costo de carbono de convertir la materia prima de los cultivos alimentarios en bioetanol o biodiesel fue significativo con una baja proporción de energía. se produce con un aporte de energía, un alto costo de GEI y una baja productividad en términos de GJ de energía por hectárea de tierra (Hastings et al., 2012). demanda de estas materias primas que puede impactar el costo de los alimentos (Valentine et al., 2011) y el aumento del cambio indirecto de uso de la tierra (ILUC) para aumentar el área cultivable cultivada (Searchinger et al., 2008), lo que en consecuencia aumenta su huella ambiental. . El cultivo bioenergético de segunda generación, Miscanthus, casi siempre tiene una huella ambiental menor que los cultivos bioenergéticos anuales de primera generación (Heaton et al., 2004, 2008; Clifton-Brown et al., 2008; Gelfand et al., 2013; McCalmont et al., 2015a; Milner et al., 2015). Esto se debe a su naturaleza perenne, su eficiencia en el reciclaje de nutrientes y la necesidad de menos insumos químicos y labranza del suelo durante su ciclo de vida de 20 años que los cultivos anuales (St. Clair et al., 2008; Hastings et al., 2012). Miscanthus se puede cultivar en tierras agrícolas que son económicamente marginales para la producción de cultivos alimentarios (Clifton-Brown et al., 2015)". Hastings et al. 2017, p. 2.
^ "Se utilizó una revisión sistemática y un metanálisis para evaluar el estado actual del conocimiento y cuantificar los efectos del cambio de uso de la tierra (LUC) a cultivos bioenergéticos no alimentarios de segunda generación (2G) sobre el carbono orgánico del suelo (SOC) y el invernadero. Emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de importancia para la agricultura de zonas templadas. Tras el análisis de 138 estudios originales, las transiciones de monte bajo cultivable a monte bajo de rotación corta (SRC, álamo o sauce) o pastos perennes (principalmente Miscanthus o pasto varilla) dieron como resultado un aumento del COS (+5,0 ±). 7,8% y +25,7 ± 6,7% respectivamente)." Harris, Spake y Taylor 2015, pág. 27.
^ "Nuestro trabajo muestra que el establecimiento del cultivo, el rendimiento y el método de cosecha afectan el costo de C. del combustible sólido de Miscanthus, que para la cosecha en fardos es de 0,4 g CO2 eq. C MJ −1 para el establecimiento de rizomas y 0,74 g CO2 eq. C MJ −1 para establecimiento del tapón de semilla Si la biomasa cosechada se tritura y peletiza, entonces las emisiones aumentan a 1,2 y 1,6 g CO2 eq C MJ −1 , respectivamente. Los requisitos de energía para la cosecha y el triturado de este estudio se utilizaron para estimar las emisiones de GEI. están en línea con los hallazgos de Meehan et al. (2013). Estas estimaciones de emisiones de GEI para el combustible Miscanthus confirman los hallazgos de otros estudios de Evaluación del Ciclo de Vida (LCA) (por ejemplo, Styles y Jones, 2008) y estimaciones espaciales de ahorro de GEI. utilizando combustible de Miscanthus (Hastings et al., 2009). También confirman que Miscanthus tiene una huella de GEI comparativamente pequeña debido a su naturaleza perenne, su eficiencia en el reciclaje de nutrientes y su necesidad de menos insumos químicos y labranza del suelo durante su ciclo de vida de 20 años. cultivos anuales (Heaton et al., 2004, 2008; Clifton-Brown et al., 2008; Gelfand et al., 2013; McCalmont et al., 2015a; Milner et al., 2015). En este análisis, no consideramos el flujo de GEI del suelo que, como demostró McCalmont et al., secuestra en promedio en el Reino Unido 0,5 g de C por MJ de combustible derivado de Miscanthus. (2015a). Los cambios en el COS resultantes del cultivo de Miscanthus dependen del uso anterior de la tierra y del COS inicial asociado. Si se evitan los suelos con alto contenido de carbono, como las turberas, los pastizales permanentes y los bosques maduros, y solo se utilizan pastizales cultivables y rotativos con suelo mineral para Miscanthus, entonces el aumento medio del COS para la primera rotación de cultivos de 20 años en el Reino Unido es ~ 1 –1,4 Mg C ha −1 y −1 (Milner et al., 2015). A pesar de ignorar este beneficio adicional, estas estimaciones de costos de GEI se comparan muy favorablemente con el carbón (33 g CO2 eq. C MJ −1 ), el gas del Mar del Norte (16), el gas natural licuado (22) y las astillas de madera importadas de los Estados Unidos. Estados (4). Además, aunque el costo de producción de Miscanthus C. es sólo < 1/16 del costo de GEI del gas natural como combustible (16–22 g CO2 eq. C MJ-1), se debe principalmente al carbono incrustado en la maquinaria. , productos químicos y combustibles fósiles utilizados en su producción. A medida que la economía deja de depender de estos combustibles fósiles para la regulación de la temperatura (calor para el control de la temperatura de los invernaderos o refrigeración para el almacenamiento de rizomas) o el transporte, estos costos de GEI comienzan a disminuir de la producción de bioenergía. Cabe señalar que las estimaciones de este documento no consideran el potencial de secuestrar C. en el suelo ni ningún impacto o ILUC (Hastings et al., 2009)". Hastings et al. 2017, págs. 12-13.
^ "El Miscanthus perenne tiene relaciones de producción/entrada de energía 10 veces mayores (47,3 ± 2,2) que los cultivos anuales utilizados para obtener energía (4,7 ± 0,2 a 5,5 ± 0,2), y el costo total de carbono de la producción de energía (1,12 g CO2-C eq. MJ −1 ) es entre 20 y 30 veces menor que los combustibles fósiles." McCalmont et al. 2017, pág. 489.
^ "Los resultados en la Fig. 3c muestran que la mayor parte de la tierra en el Reino Unido podría producir biomasa de Miscanthus con un índice de carbono sustancialmente más bajo, a 1,12 g de CO2-C equivalente por MJ de energía en el horno, que el carbón (33), el petróleo. (22), GNL (21), gas ruso (20) y gas del Mar del Norte (16) (Bond et al., 2014), ofreciendo así grandes ahorros potenciales de GEI en comparación con combustibles comparables, incluso después de tener en cuenta las variaciones en sus contenidos energéticos específicos. Felten et al. (2013) encontraron que la producción de energía de Miscanthus (desde la propagación hasta la conversión final) ofrece un potencial de ahorro de GEI por unidad de superficie terrestre mucho mayor en comparación con otros sistemas de bioenergía. Encontraron que Miscanthus (chips para calefacción doméstica) ahorraba 22,3 ± 0,13. Mg [toneladas] CO2-eq ha −1 año −1 [equivalentes de CO2 por hectárea por año] en comparación con la colza (biodiesel) en 3,2 ± 0,38 y el maíz (biomasa, electricidad y térmica) en 6,3 ± 0,56." McCalmont et al. 2017, pág. 500.
^ "Los mayores rendimientos de biomasa, así como los mayores potenciales de ahorro de GEI y energía fósil (hasta 30,6 t CO2eq/ha*a y 429 GJ/ha*a, respectivamente) se pueden lograr en sitios no marginales de Europa Central. En sitios marginales limitados por el frío (Moscú/Rusia) o la sequía (Adana/Turquía) ahorros de hasta 19,2 t CO2eq/ha*a y 273 GJ/ha*a (Moscú) y 24,0 t CO2eq/ha*a y 338 . Se pueden lograr GJ/ha*a (Adana). Los ahorros de GEI y energía fósil son mayores cuando se utiliza biomasa de miscanthus como material de construcción (nuestro análisis utiliza el ejemplo del material aislante). También se encontró potencial para la calefacción doméstica debido a la corta distancia de transporte. La peletización sólo es ventajosa en términos de minimización de las emisiones de GEI y del consumo de energía cuando la biomasa se transporta a larga distancia, por ejemplo para la producción de calor y energía en la cogeneración. requiere energía adicional, pero al mismo tiempo reduce la energía necesaria para el transporte debido a su mayor densidad. Los potenciales de ahorro de energía fósil y de GEI más bajos se encontraron en la producción de energía mediante la vía del biogás, seguida del bioetanol. Sin embargo, este resultado está fuertemente influenciado por los supuestos de que (a) sólo se utiliza el 50% del calor disponible y (b) la distancia de transporte desde el campo a la planta de biogás es relativamente larga (15 km). Una cadena de biogás con un 100% de utilización de calor y distancias de transporte más cortas funcionaría mejor. Se puede concluir que para la generación de energía a partir de biomasa de miscanthus, la vía más favorable es la combustión para la energía de carga base y el biogás para cubrir las cargas máximas". Lewandowski et al. 2016, págs. 19-20.
^ "La evaluación de los costos y el ciclo de vida de siete cadenas de valor basadas en miscanthus, incluida la producción de calor y energía, etanol, biogás y materiales aislantes a pequeña y gran escala, reveló los potenciales de ahorro de energía fósil y emisiones de GEI de hasta 30,6 t CO2eq C ha −1 y −1 y 429 GJ ha −1 y −1 , respectivamente. La distancia de transporte se identificó como un factor de coste importante. Se registraron costes negativos de mitigación de carbono de −78 € t−1 CO2eq C. uso local de biomasa Los resultados de OPTIMISC demuestran el potencial del miscanthus como cultivo para sitios marginales y proporcionan información y tecnologías para la implementación comercial de cadenas de valor basadas en miscanthus [...] Se asumió que la distancia total de transporte de biomasa era de 400 km. cuando los fardos fueron transportados a la planta de bioetanol o a la planta que produce material aislante, así como en la cadena de valor 'Palos de calor y energía combinados (CHP)'. Para las cadenas de valor 'pellets CHP' y 'pellets térmicos', los fardos se transportaron 100 km hasta una planta de peletización y desde allí los pellets se transportaron 400 km hasta las plantas de energía. Se supuso que la distancia promedio desde la granja hasta el campo era de 2. Esta distancia de transporte también se asume para la cadena de valor 'astillas térmicas' en las que se supone una utilización de las astillas como combustible de biomasa en la granja productora, debido a las mayores necesidades de biomasa de la planta de biogás, una distancia de transporte promedio de 15. Se supusieron kilómetros desde el campo hasta la planta." Lewandowski et al. 2016, págs.2, 7.
^ "Estableceremos la cantidad de tierra que podría usarse en el Reino Unido para la producción de cultivos energéticos perennes y para la silvicultura de rotación corta (SRF). Los esquemas de apoyo a la biomasa existentes (obligación de energías renovables, contratos por diferencia, RHI y RTFO) ya respaldan el uso. Sin embargo, en la actualidad sólo una pequeña superficie de tierra (~10.000 hectáreas) se cultiva con cultivos energéticos perennes en el Reino Unido, y esto se utiliza principalmente. para la generación de calor y electricidad, actualmente hay poco o ningún uso de cultivos energéticos perennes para combustibles bajos en carbono respaldados por el RTFO debido a la falta de capacidades de procesamiento a escala comercial para convertir estos recursos de manera rentable en combustible [... ] El sexto informe sobre el presupuesto de carbono de la CCC destacó el importante potencial de los cultivos energéticos perennes y los CSR para contribuir a nuestros objetivos de presupuesto de carbono al aumentar las reservas de carbono del suelo y la biomasa y, al mismo tiempo, ofrecer otros beneficios ecosistémicos. En su camino equilibrado, la CCC sugiere que se podrían dedicar hasta 708.000 hectáreas de tierra a la producción de cultivos energéticos, lo que ha llevado a un mayor interés en el papel de los cultivos energéticos perennes y los CSR como materias primas de biomasa para generar ahorros de GEI en el uso de la tierra. y sectores energéticos. El programa de uso neto cero de la tierra de Defra, que actualmente está construyendo una comprensión espacial de las compensaciones del uso de la tierra en una serie de áreas políticas, ayudará a determinar la escala potencial de la disponibilidad futura de biomasa cultivada localmente y su potencial para generar ahorros de GEI en un paisaje donde el cambio de uso de la tierra deberá optimizarse para obtener múltiples beneficios. Este programa informará nuestra comprensión y evidencia sobre la disponibilidad y combinación de materias primas de biomasa para usos en todos los sectores". Departamento de Negocios, Energía y Estrategia Industrial 2021, págs. 15-16.
^ "En 2015, se convocó un taller con investigadores, formuladores de políticas y representantes de la industria/empresas del Reino Unido, la UE e internacionalmente. Se compararon los resultados de la investigación global sobre el cambio de uso de la tierra con bioenergía para identificar áreas de consenso, incertidumbres clave y prioridades de investigación. . [...] Nuestro análisis sugiere que los impactos directos de los cultivos bioenergéticos perennes dedicados sobre el carbono del suelo y el óxido nitroso se comprenden cada vez mejor y, a menudo, son consistentes con una mitigación significativa de los GEI del ciclo de vida de la bioenergía en comparación con las fuentes de energía convencionales. El equilibrio de GEI del cultivo de cultivos bioenergéticos perennes a menudo será favorable, con un ahorro máximo de GEI cuando los cultivos se cultivan en suelos con bajas reservas de carbono y una aplicación conservadora de nutrientes, lo que acumula beneficios ambientales adicionales, como una mejor calidad del agua. base de evidencia madura y cada vez más completa sobre los beneficios y riesgos ambientales del cultivo de bioenergía que puede apoyar el desarrollo de una industria de bioenergía sostenible". Whitaker y cols. 2018, pág. 150.
^ ab "Felten & Emmerling (2011) compararon la abundancia de lombrices de tierra en una plantación de Miscanthus de 15 años en Alemania con cereales, maíz, OSR, pastizales y un sitio en barbecho de 20 años (después de los cereales anteriores). La diversidad de especies fue mayor en Miscanthus que en cultivos anuales, más acorde con los pastizales o el barbecho a largo plazo y la intensidad del manejo se considera el factor más significativo; la menor perturbación del suelo permitió que las lombrices de diferentes categorías ecológicas desarrollaran una estructura del suelo más heterogénea; El número de especies se encontró en los sitios de pastizales (6,8), seguidos de barbecho (6,4), Miscanthus (5,1), OSR (4,0), cereales (3,7) y maíz (3,0), con una abundancia total de lombrices individuales que oscilaba entre 62 m-2. en sitios de maíz a 355 m-2 en barbecho con Miscanthus tomando una posición media (132 m-2), aunque no se encontró que las diferencias en abundancia fueran significativas entre los usos de la tierra. Sin embargo, esta ventaja tiene cierta compensación para las lombrices de tierra. ; la alta eficiencia en el uso del nitrógeno y el ciclo de nutrientes que reduce la necesidad de fertilizantes nitrogenados y su daño ambiental asociado significa que, a pesar de que hay grandes volúmenes disponibles, la hojarasca de Miscanthus no proporciona un recurso alimenticio particularmente útil debido a su bajo contenido de nitrógeno; naturaleza alta en carbono (Ernst et al., 2009; Heaton et al., 2009) y en otros estudios se ha descubierto que las lombrices de tierra que se alimentan de este tipo de material bajo en nitrógeno pierden masa total (Abbott y Parker, 1981). Sin embargo, por el contrario, se sugirió que la extensa cubierta de hojarasca al nivel del suelo bajo Miscanthus en comparación con el suelo desnudo bajo los cereales anuales era una ventaja potencialmente significativa para las lombrices de tierra en la retención de humedad de la superficie del suelo y la protección contra la depredación". McCalmont et al. 2017, p. 502.
^ ab "Bellamy et al. (2009) observaron especies de aves y sus recursos alimentarios en seis sitios emparejados en Cambridgeshire comparando plantaciones de Miscanthus de hasta 5 años con rotaciones de trigo de invierno en las temporadas de reproducción de invierno y verano. Los autores encontraron que Miscanthus ofrecía un nicho ecológico diferente durante cada estación; la mayoría de las especies que se encontraban con frecuencia en el invierno eran aves del bosque, mientras que en el verano no se encontraron aves del bosque; sin embargo, las aves de las tierras de cultivo eran más numerosas; los sitios fueron más numerosos en Miscanthus, se registraron 24 especies en comparación con 11 para el trigo. Durante la temporada de reproducción, nuevamente se duplicó el número de especies en los sitios de Miscanthus y las abundancias individuales fueron mayores para todas las especies, excepto la alondra. aves cuyos territorios de reproducción estaban total o parcialmente dentro de los límites de los cultivos, se encontraron un total de siete especies en el Miscanthus en comparación con cinco en el trigo con mayor densidad de parejas reproductoras (1,8 vs. 0,59 especies ha −1 ) y también de especies reproductoras ( 0,92 frente a 0,28 especies ha −1). Dos especies tuvieron densidades más altas estadísticamente significativas en Miscanthus en comparación con el trigo, y ninguna se encontró en densidades más altas en el trigo en comparación con Miscanthus. Como se analizó, la heterogeneidad estructural, tanto espacial como temporal, juega un papel importante en la determinación de la biodiversidad dentro de los cultivos, el trigo de invierno sembrado en otoño ofrece poco refugio durante el invierno con una cobertura del suelo de 0,08 m de altura promedio y muy pocas plantas no cultivadas, mientras que el Miscanthus, en alrededor de 2 m, ofrecía mucho más. En la época reproductiva, esta diferencia entre los cultivos siguió siendo evidente; los campos de trigo proporcionaron una cobertura de cultivo densa y uniforme durante toda la temporada de reproducción y solo las líneas de tranvía producían interrupciones, mientras que el Miscanthus tenía una estructura baja y abierta al comienzo de la temporada y aumentaba rápidamente en altura y densidad a medida que avanzaba la temporada. El número de aves disminuyó a medida que crecía el cultivo, y dos especies de aves en particular mostraron una correlación estrecha (aunque opuesta) entre la abundancia y la altura del cultivo; La perdiz roja disminuyó a medida que creció el cultivo, mientras que la reinita carricera aumentó, y estas reinitas no se encontraron en el cultivo hasta que éste superó 1 m de altura, a pesar de que estaban presentes en campos de OSR vecinos y acequias con vegetación. En conclusión, los autores señalan que, para todas las especies combinadas, las densidades de aves en Miscanthus fueron similares a las encontradas en otros estudios que observaron sauces SRC y campos reservados, todos los sitios tenían mayores densidades de aves que los cultivos herbáceos convencionales. Es a través de estos recursos agregados a un paisaje agrícola intensivo y reducciones en la presión química y mecánica en los márgenes de los campos que Miscanthus puede desempeñar un papel importante en el apoyo a la biodiversidad, pero debe considerarse complementario de los sistemas existentes y la vida silvestre que se ha adaptado a ellos. Clapham et al. (2008) informa, al igual que los otros estudios aquí, que en un paisaje agrícola, es en los márgenes de los campos y en los bosques intercalados donde se encuentra la mayoría de la vida silvestre y sus recursos alimentarios, y el importante papel que Miscanthus puede desempeñar En este paisaje está el cese de la lixiviación química en estos hábitats clave, la eliminación de las perturbaciones anuales del suelo y la erosión del suelo, la mejora de la calidad del agua y la provisión de una estructura heterogénea y una cobertura para el invierno". McCalmont et al. 2017, págs. 502–503 .
^ "Nuestros resultados muestran que los rodales jóvenes de miscanthus mantienen una alta diversidad de especies de plantas antes del cierre del dosel. Se encontró que la riqueza de especies se correlaciona negativamente con la densidad de los rodales y es menor en las plantaciones maduras. Sin embargo, incluso los de 16 años, Las densas plantaciones de miscanthus albergaron hasta 16 especies diferentes de malezas por parcela de 25 m2, lo que representa hasta el 12% de la plantación. Los datos de la literatura respaldan este hallazgo: generalmente se informa que los rodales de Miscanthus sustentan la biodiversidad agrícola, proporcionando hábitat para aves, insectos. y pequeños mamíferos (Semere y Slater, 2007a; Bellamy et al., 2009). Los estudios de Semere y Slater (2007b) han demostrado que la biodiversidad en miscanthus es mayor que en otros cultivos, pero aún menor que en los márgenes de campo abierto. Lewandowski et al. 2016, pág. 15.
^ "La diversa flora terrestre que puede habitar el suelo debajo de un dosel de miscanthus maduro proporcionará alimento para las mariposas, otros insectos y sus depredadores. Las alondras, las bisbitas de las praderas y las avefrías usan miscanthus, así como otras 37 especies de aves, incluidas el reyezuelo, el pardillo y jilguero que se alimenta de las semillas de la hierba, una vez que las hojas se caen en invierno, se proporciona un hábitat adecuado para los martillos amarillos. Las áreas abiertas entre las heces proporcionan un hábitat ideal para aves como las alondras y las bisbitas de pradera. Caslin, Finnan y Easson 2010, pág. 37.
^ "Nuestro estudio sugiere que los sauces miscanthus y SRC, y el manejo asociado con los cultivos perennes, sustentarían cantidades significativas de biodiversidad en comparación con los cultivos herbáceos anuales. Recomendamos la plantación estratégica de estos cultivos de biomasa perennes dedicados en tierras agrícolas para aumentar el paisaje. heterogeneidad y mejorar la función de los ecosistemas, y simultáneamente trabajar para lograr un equilibrio entre la seguridad energética y alimentaria". Haughton et al. 2016, pág. 1071.
^ "Dos estudios, uno en IACR-Rothamsted y otro en Alemania, que compararon el miscanthus con los cereales, indicaron que el miscanthus parecía proporcionar un hábitat que fomenta una mayor diversidad de especies que los cultivos de cereales. En estos estudios se encontraron tres veces más lombrices y arañas. encontrado en el cultivo de miscanthus, el miscanthus también sustentaba una mayor diversidad de especies de arañas. Uno de los estudios también mostró que el cultivo de miscanthus tenía 5 especies de mamíferos y 4 especies de aves más que un cultivo de trigo. "Es una de las alternativas más benignas para el medio ambiente a la retirada permanente de tierras". Caslin, Finnan y Easson 2010, pág. 36.
^ "Miscanthus proporciona cobertura durante la mayor parte del año porque, aunque la cosecha se cosecha anualmente, se recolecta poco antes de que comience el crecimiento del año siguiente. Esta cobertura puede actuar como un corredor de vida silvestre que une los hábitats existentes. Miscanthus también puede actuar como un hábitat de anidación , tanto para las aves que anidan en el suelo a principios de la primavera, por ejemplo, las alondras, como para las aves que anidan en los juncos, como la reinita, a finales del verano, Miscanthus podría ser un cultivo de cobertura útil y un vivero para faisanes y perdices jóvenes. Se han observado en miscanthus, incluyendo la liebre parda, el armiño, los ratones, el campañol, la musaraña, el zorro y el conejo. Muchos de estos son una fuente útil de alimento para carnívoros más grandes como la lechuza común. Caslin, Finnan y Easson 2010, pág. 36.
^ "También existe el beneficio de la reducción de los insumos químicos y la lixiviación de nitratos asociados con Miscanthus, lo que mejora significativamente la calidad del agua que sale de las tierras agrícolas (Christian & Riche, 1998; Curley et al., 2009). McIsaac et al. (2010) informaron que los inorgánicos La lixiviación de N fue significativamente menor con Miscanthus no fertilizado (1,5–6,6 kg N ha −1 año −1 ) que con una rotación de maíz/soja (34,2–45,9 kg N ha −1 año −1 )". McCalmont et al. 2017, pág. 501.
^ "Se predice que se producirán reducciones significativas en la lixiviación de nitrógeno inorgánico disuelto en la superficie terrestre si las tierras que ya cultivan maíz para la producción de etanol se convierten en una materia prima perenne (Davis et al., 2012; Iqbal et al., 2015). Esto La reducción de la lixiviación se atribuye a menores requisitos de fertilizantes, la presencia continua de un sumidero de nitrógeno en las raíces de las plantas y el reciclaje interno eficiente de nutrientes por parte de las especies de pastos perennes (Amougou et al., 2012; Smith et al., 2013). De esto, Miscanthus y switchgrass evaluados a escala de parcela tuvieron una lixiviación de nitrógeno inorgánico disuelto significativamente menor de las losas de drenaje subterráneo en relación con la rotación típica de maíz/soja, y las parcelas fertilizadas de switchgrass mostraron poca o ninguna lixiviación después de alcanzar la madurez (Smith et al., 2013) De manera similar, los resultados de mediciones en el suelo con las mismas materias primas mostraron una menor cantidad de nitrógeno inorgánico disuelto en comparación con los cultivos anuales (McIsaac et al., 2010; Behnke et al., 2012). Un metanálisis reciente de la literatura disponible concluyó que el pasto varilla y el Miscanthus tenían nueve veces menos pérdida de nitrato en el subsuelo en comparación con el maíz o el maíz cultivado en rotación con soja (Sharma y Chaubey, 2017). A escala de cuenca, el desplazamiento de la producción de maíz para etanol por la producción de materia prima celulósica perenne podría reducir la lixiviación total hasta en un 22%, dependiendo del tipo de materia prima y la práctica de manejo empleada (Davis et al., 2012; Smith et al., 2013). ). Si bien estos estudios previos proporcionan evidencia de los posibles servicios ecosistémicos de la transición a la producción celulósica, aún está por establecer cuál sería el cambio total hacia la exportación de nitrógeno inorgánico disuelto y el flujo de corriente en tales escenarios. Los procesos hidrológicos están estrechamente vinculados al ciclo del nitrógeno (Castellano et al., 2010, 2013), son impulsores clave del transporte de nitrógeno inorgánico disuelto a través de arroyos y ríos (Donner et al., 2002) y son sensibles al LUC (Twine et al. ., 2004). Varios escenarios de modelización, en los que la cobertura terrestre actual sobre la cuenca del río Mississippi en los Estados Unidos se modificó para dar cabida a proporciones variables de pasto varilla o Miscanthus, mostraron que el impacto en el caudal fue pequeño en relación con la mejora en la calidad del agua (VanLoocke et al., 2017 ). " Whitaker et al. 2018, págs. 157-158.
^ "Blanco-Canqui (2010) señala que este uso del agua y la eficiencia de los nutrientes pueden ser de gran ayuda en suelos ácidos compactados y mal drenados, destacando su posible idoneidad para tierras agrícolas marginales. La mayor porosidad y la menor densidad aparente de los suelos bajo plantas perennes Los pastos energéticos, como resultado de sistemas de raíces más fibrosos y extensos y una menor perturbación del suelo, mejoran las propiedades hidráulicas del suelo, la infiltración, la conductividad hidráulica y el almacenamiento de agua en comparación con los cultivos en hileras anuales. Puede haber impactos potencialmente grandes en el agua del suelo cuando el tamaño de las plantaciones no coincide. a la captación de agua o la disponibilidad de riego, pero tenga en cuenta que una mayor ET y un mejor almacenamiento de agua subterránea a través de una mayor porosidad podrían ser beneficiosos durante las lluvias intensas, con una capacidad de almacenamiento potencialmente aumentada de 100 a 150 mm. McCalmont et al. 2017, pág. 501.
^ "Este estudio resume una gran cantidad de literatura en declaraciones simples sobre los costos y beneficios ambientales de producir Miscanthus en el Reino Unido, y si bien hay margen para más investigaciones, particularmente en torno a la hidrología a escala comercial, la biodiversidad en plantaciones más antiguas o de mayor frecuencia Al tomar muestras de N2O en las transiciones de uso de la tierra hacia y desde Miscanthus, surgen claros indicios de sostenibilidad ambiental. Cualquier producción agrícola se basa principalmente en la demanda humana, y siempre habrá un equilibrio entre la naturaleza y la humanidad o un beneficio y otro; sin embargo, la literatura sugiere que Miscanthus puede proporcionar una variedad de beneficios y al mismo tiempo minimizar el daño ambiental. Se debe considerar la idoneidad del tamaño y la ubicación de la plantación, si habrá suficiente agua para sostener su producción y el costo ambiental del transporte hasta los usuarios finales. ; su papel como cultivo perenne a largo plazo en un panorama de agricultura rotacional debe entenderse de manera que no interfiera con la producción de alimentos esenciales. No hay nada nuevo en estas consideraciones, están en el centro de cualquier política agrícola y quienes toman las decisiones están familiarizados con estas cuestiones; La evidencia ambiental reunida aquí ayudará a proporcionar la base científica para sustentar la futura política agrícola". McCalmont et al. 2017, p. 504.
^ "El enfoque para evaluar los SE [servicios ecosistémicos] sugiere que el crecimiento de cultivos bioenergéticos 2G en GB produce en términos generales efectos beneficiosos al reemplazar los cultivos de primera generación (Tabla 1). Los efectos beneficiosos sobre el ecosistema general en lugar de los SE específicos están de acuerdo con informes recientes en la literatura (Semere & Slater, 2007a,b; Rowe et al., 2009; Dauber et al., 2010 Los beneficios de una transición a cultivos 2G incluyen una mayor biodiversidad a escala agrícola (Rowe et al., 2011). , atributos funcionales mejorados como la depredación (Rowe et al., 2013) y un beneficio neto de mitigación de GEI (Hillier et al., 2009). Los beneficios son principalmente consecuencia de bajos insumos y ciclos de manejo más largos asociados con los cultivos 2G (Clifton‐Brown et al.). al., 2008; St Clair et al., 2008). Los beneficios pueden tener patrones temporales distintos, ya que las fases de establecimiento y cosecha de la producción de cultivos 2G son disruptivas y tienen un impacto negativo a corto plazo en los SE (Donnelly et al., 2011). , aunque las prácticas podrían adaptarse para mejorarlos; sin embargo, este efecto temporal no se ha considerado aquí y es similar a cosechar y plantar cultivos alimentarios, pasto o árboles. [...] Cuando la tierra se filtra para diferentes escenarios de siembra según ALC 3 y 4, >92,3% de la tierra disponible ofrecerá un efecto SE positivo al plantar Miscanthus o SRC y es probable que dichas transiciones creen una mejora neta en el equilibrio de GEI". Milner y otros 2016, págs.
^ "[S]oeste y noroeste de Inglaterra fueron identificados como áreas donde se podrían cultivar Miscanthus y SRC [monte bajo de rotación corta], respectivamente, con combinaciones favorables de viabilidad económica, secuestro de carbono, alto rendimiento y SE positivos [servicios ecosistémicos] ] Se encontraron impactos beneficiosos en 146 583 y 71 890 ha al plantar Miscanthus o SRC, respectivamente, en condiciones de plantación de referencia que aumentaron a 293 247 y 91 318 ha, respectivamente, en los escenarios de plantación de 2020 [...] En Gran Bretaña. (GB), hay aproximadamente 22,9 M ha de tierra en total (Lovett et al., 2014 [...] La tierra disponible para plantar se calculó utilizando mapas de restricciones elaborados por Lovett et al. (2014) utilizando datos sociales y limitaciones ambientales basadas en 8 factores: carreteras, ríos y áreas urbanas; pendientes > 15%; áreas designadas como bosques protegidos y áreas con un alto "puntuación de naturalidad"; Belleza natural Esta disponibilidad de tierra se restringió aún más utilizando clases de tierras agrícolas (ALC) (Lovett et al., 2014) en GB, como se resume en la Tabla 7, lo que se logró agregando un mapa de los datos de ALC con una resolución ráster de 100 m2 para derivar las hectáreas totales. de terreno en diferentes ALC en cada celda de la cuadrícula de 1 km2." Milner et al. 2016, págs.317, 320.
^ "[...] [E]videncia indica que el uso de cultivos perennes de bajos insumos, como SRC, Miscanthus y switchgrass, puede proporcionar ahorros significativos de GEI en comparación con las alternativas de combustibles fósiles, siempre que se obtengan rendimientos razonables, bajas emisiones de carbono. Los objetivos son los suelos (véanse las secciones 2 y 3 anteriores), y el contexto de desarrollo es uno en el que se mitiga la tensión con el uso de la tierra para alimentos (y el potencial asociado de emisiones iLUC). Hay muchos casos en los que se cumplen estos criterios". Whitaker y cols. 2018, pág. 157.
^ "A diferencia de los cultivos anuales, se percibe ampliamente que la bioenergía procedente de cultivos perennes dedicados tiene menores emisiones de GEI durante el ciclo de vida y otros cobeneficios ambientales (Rowe et al., 2009; Creutzig et al., 2015). Cultivos perennes como Miscanthus y El sauce y el álamo de rotación corta (SRC) tienen bajos requisitos de aporte de nitrógeno (con beneficios para las emisiones de N2O y la calidad del agua), pueden secuestrar carbono del suelo debido a la reducción de la labranza y al aumento de la asignación de biomasa subterránea, y pueden ser económicamente viables en tierras marginales y degradadas. , minimizando así la competencia con otras actividades agrícolas y evitando los efectos iLUC (Hudiburg et al., 2015; Carvalho et al., 2017 Con respecto al cultivo perenne de caña de azúcar, se pueden lograr grandes ahorros de GEI debido a la alta productividad del cultivo y su uso). de residuos para la cogeneración de electricidad, mientras que el reciente cambio hacia la cosecha mecanizada sin quema en Brasil también debería aumentar el potencial de secuestro de carbono en el suelo (Silva‐Olaya et al., 2017). Sin embargo, los impactos a nivel de sitio del cultivo de cultivos perennes en el almacenamiento de carbono del ecosistema (resultante de dLUC) varían geográficamente, dependiendo del tipo de suelo y el clima (Field et al., 2016)". Whitaker et al. 2018, p. 151.
^ "En la prisa por seguir estrategias de mitigación del cambio climático, la ' neutralidad de carbono ' de la bioenergía no se evaluó rigurosamente. A medida que más estudios comenzaron a incluir evaluaciones de los impactos dLUC e iLUC, la credibilidad de la bioenergía de primera generación como una energía renovable y ambientalmente sostenible fuente de energía resultó dañada En los últimos años, ha surgido una comprensión más matizada de los beneficios y riesgos ambientales de la bioenergía, y ha quedado claro que los cultivos bioenergéticos perennes tienen un potencial mucho mayor para generar ahorros significativos de GEI que los cultivos convencionales que se cultivan actualmente. producción de biocombustibles en todo el mundo (por ejemplo, maíz, aceite de palma y colza). Además, los umbrales de ahorro de GEI cada vez más estrictos para los biocombustibles y la bioenergía se están introduciendo en Europa (Council Corrigendum 2016/0382(COD)) y los EE. UU. (110º Congreso de la Unión Europea). Estados Unidos 2007) están dando un mayor impulso a esta transición hacia cultivos bioenergéticos perennes." Whitaker y cols. 2018, pág. 160.
Notas a pie de página abreviadas
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enlaces externos
EU MAGIC Mapa de zonas marginales aptas para plantaciones de miscanthus en Europa.
Mapa GSOC de la FAO El mapa global de carbono orgánico del suelo de la FAO muestra la distribución del carbono orgánico del suelo en el mundo.
Investigación de la Universidad de Aberystwyth sobre mejoramiento y agronomía de Miscanthus.
GRACE Programa de investigación de la UE para la producción de Miscanthus a gran escala en tierras marginales.
Miscanthus Breeding Página de inicio para 5 programas de investigación de miscanthus (con video informativo sobre miscanthus).
Centro de Investigación de Energía Sostenible SERC de la Universidad Estatal de Mississippi.
Institución de la Universidad de Illinois para la investigación sobre Miscanthus.
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