La bioenergía es un tipo de energía renovable que se deriva de desechos de plantas y animales. [1] La biomasa que se utiliza como materia prima consiste en organismos que han estado vivos recientemente (pero que ahora están muertos), principalmente plantas. [2] Por lo tanto, los combustibles fósiles no se consideran biomasa según esta definición. Los tipos de biomasa que se utilizan comúnmente para la bioenergía incluyen la madera, los cultivos alimentarios como el maíz, los cultivos energéticos y los desechos de los bosques, los patios o las granjas. [3]
La bioenergía puede ayudar a mitigar el cambio climático , pero en algunos casos la producción de biomasa necesaria puede aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero o provocar la pérdida de biodiversidad local . Los impactos ambientales de la producción de biomasa pueden ser problemáticos, dependiendo de cómo se produzca y se coseche la biomasa.
El escenario de cero emisiones netas para 2050 de la AIE prevé la eliminación gradual de la bioenergía tradicional para 2030, y que la participación de la bioenergía moderna aumente del 6,6 % en 2020 al 13,1 % en 2030 y al 18,7 % en 2050. [4] La bioenergía tiene un potencial significativo de mitigación del cambio climático si se implementa correctamente. [5] : 637 La mayoría de las vías recomendadas para limitar el calentamiento global incluyen contribuciones sustanciales de la bioenergía en 2050 (un promedio de 200 EJ). [6] : B 7,4
El Sexto Informe de Evaluación del IPCC define la bioenergía como "energía derivada de cualquier forma de biomasa o sus subproductos metabólicos". [7] : 1795 Continúa definiendo la biomasa en este contexto como "material orgánico excluido el material fosilizado o incrustado en formaciones geológicas". [7] : 1795 Esto significa que el carbón u otros combustibles fósiles no son una forma de biomasa en este contexto.
El término biomasa tradicional para bioenergía significa "la combustión de madera, carbón, residuos agrícolas y/o estiércol animal para cocinar o calentar en fuegos abiertos o en estufas ineficientes como es común en los países de bajos ingresos ". [7] : 1796
Dado que la biomasa también se puede utilizar directamente como combustible (por ejemplo, troncos de madera), los términos biomasa y biocombustible se han utilizado a veces indistintamente. Sin embargo, el término biomasa suele hacer referencia a la materia prima biológica de la que está hecho el combustible. Los términos biocombustible o biogás se reservan generalmente para combustibles líquidos o gaseosos respectivamente. [8]
La madera y los residuos de madera son la mayor fuente de energía de biomasa en la actualidad. La madera se puede utilizar como combustible directamente o procesarse para obtener pellets de combustible u otras formas de combustibles. También se pueden utilizar otras plantas como combustible, por ejemplo , el maíz , el pasto varilla , el miscanthus y el bambú . [9] Las principales materias primas de desechos son los desechos de madera, los desechos agrícolas , los desechos sólidos urbanos y los desechos de fabricación . La mejora de la biomasa cruda para obtener combustibles de mayor calidad se puede lograr mediante diferentes métodos, clasificados en general como térmicos, químicos o bioquímicos:
Los procesos de conversión térmica utilizan el calor como mecanismo dominante para transformar la biomasa en un combustible mejor y más práctico. Las alternativas básicas son la torrefacción , la pirólisis y la gasificación , que se diferencian principalmente por el grado en que se permite que se lleven a cabo las reacciones químicas implicadas (controlado principalmente por la disponibilidad de oxígeno y la temperatura de conversión). [10]
Muchas conversiones químicas se basan en procesos establecidos basados en carbón, como la síntesis de Fischer-Tropsch . [11] Al igual que el carbón, la biomasa se puede convertir en múltiples productos químicos básicos. [12]
En la naturaleza se han desarrollado procesos bioquímicos para descomponer las moléculas que componen la biomasa, y muchos de ellos pueden aprovecharse. En la mayoría de los casos, se utilizan microorganismos para realizar la conversión. Los procesos se denominan digestión anaeróbica , fermentación y compostaje . [13]
Según la fuente de biomasa, los biocombustibles se clasifican en dos grandes categorías, dependiendo de si se utilizan o no cultivos alimentarios: [14]
Los biocombustibles de primera generación (o "convencionales") se obtienen a partir de fuentes de alimentos cultivados en tierras cultivables, como la caña de azúcar y el maíz . Los azúcares presentes en esta biomasa se fermentan para producir bioetanol , un combustible alcohólico que sirve como aditivo para la gasolina, o en una pila de combustible para producir electricidad. El bioetanol se produce por fermentación , principalmente a partir de carbohidratos producidos en cultivos de azúcar o almidón como el maíz , la caña de azúcar o el sorgo dulce . El bioetanol se utiliza ampliamente en los Estados Unidos y en Brasil . El biodiésel se produce a partir de los aceites de, por ejemplo, la colza o la remolacha azucarera y es el biocombustible más común en Europa. [ cita requerida ]
Los biocombustibles de segunda generación (también llamados "biocombustibles avanzados") utilizan fuentes de biomasa no alimentaria, como cultivos energéticos perennes y residuos/desechos agrícolas. La materia prima utilizada para fabricar los combustibles crece en tierras cultivables , pero son subproductos del cultivo principal, o se cultivan en tierras marginales. Los desechos de la industria, la agricultura, la silvicultura y los hogares también se pueden utilizar para biocombustibles de segunda generación, utilizando, por ejemplo, la digestión anaeróbica para producir biogás , la gasificación para producir gas de síntesis o por combustión directa. La biomasa celulósica , derivada de fuentes no alimentarias, como árboles y pastos, se está desarrollando como materia prima para la producción de etanol, y el biodiésel se puede producir a partir de productos alimenticios sobrantes, como aceites vegetales y grasas animales. [ cita requerida ]
Las densidades de producción de energía superficial de un cultivo determinarán la cantidad de tierra necesaria para la producción. Las densidades de energía superficial promedio del ciclo de vida para la producción de energía a partir de biomasa, eólica, hidroeléctrica y solar son 0,30 W/m2 , 1 W/m2 , 3 W/m2 y 5 W/m2 , respectivamente (energía en forma de calor para biomasa y electricidad para eólica, hidroeléctrica y solar). [15] La densidad de energía superficial del ciclo de vida incluye la tierra utilizada por toda la infraestructura de apoyo, la fabricación, la minería/cosecha y el desmantelamiento.
Otra estimación sitúa los valores en 0,08 W/m2 para la biomasa, 0,14 W/m2 para la energía hidroeléctrica, 1,84 W/m2 para la energía eólica y 6,63 W/m2 para la solar ( valores medianos , sin que ninguna de las fuentes renovables supere los 10 W/m2 ) . [16]
La tecnología de captura y almacenamiento de carbono se puede utilizar para capturar las emisiones de las plantas de energía bioenergética. Este proceso se conoce como bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) y puede dar como resultado la eliminación neta de dióxido de carbono de la atmósfera. Sin embargo, la BECCS también puede dar como resultado emisiones positivas netas dependiendo de cómo se cultive, coseche y transporte el material de biomasa. La implementación de la BECCS en las escalas descritas en algunas vías de mitigación del cambio climático requeriría la conversión de grandes cantidades de tierras de cultivo. [17]
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La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) es el proceso de extraer bioenergía de la biomasa y capturar y almacenar el dióxido de carbono (CO 2 ) que se produce.
Las emisiones de gases de efecto invernadero de la bioenergía pueden ser bajas porque cuando se cosecha vegetación para bioenergía, puede crecer nueva vegetación que absorberá CO 2 del aire a través de la fotosíntesis . [19] Después de que se cosecha la biomasa, se extrae energía ("bioenergía") en formas útiles (electricidad, calor, biocombustibles , etc.) a medida que la biomasa se utiliza a través de combustión, fermentación, pirólisis u otros métodos de conversión. El uso de bioenergía libera CO 2 . En BECCS, parte del CO 2 se captura antes de que entre a la atmósfera y se almacena bajo tierra utilizando tecnología de captura y almacenamiento de carbono . [20] Bajo ciertas condiciones, BECCS puede eliminar dióxido de carbono de la atmósfera. [20]
Se estimó que el rango potencial de emisiones negativas de BECCS era de cero a 22 gigatoneladas por año. [21] En 2019 , cinco instalaciones en todo el mundo utilizaban activamente tecnologías BECCS y capturaban aproximadamente 1,5 millones de toneladas por año de CO 2 . [ 22] El amplio despliegue de BECCS está limitado por el costo y la disponibilidad de biomasa. [23] [24] : 10 Dado que la producción de biomasa requiere un uso intensivo de la tierra, el despliegue de BECCS puede plantear riesgos importantes para la producción de alimentos, los derechos humanos y la biodiversidad. [25][update]
El impacto climático de la bioenergía varía considerablemente dependiendo de dónde provienen las materias primas de biomasa y cómo se cultivan. [27] Por ejemplo, la quema de madera para obtener energía libera dióxido de carbono; esas emisiones se pueden compensar significativamente si los árboles que se talaron se reemplazan por árboles nuevos en un bosque bien gestionado, ya que los nuevos árboles absorberán dióxido de carbono del aire a medida que crezcan. [28] Sin embargo, el establecimiento y cultivo de cultivos bioenergéticos puede desplazar ecosistemas naturales , degradar suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [29] [30]
Aproximadamente un tercio de toda la madera utilizada para la calefacción y la cocina tradicionales en las zonas tropicales se cosecha de forma no sostenible. [31] Las materias primas para la bioenergía suelen requerir cantidades significativas de energía para su cosecha, secado y transporte; el uso de energía para estos procesos puede emitir gases de efecto invernadero. En algunos casos, los impactos del cambio de uso de la tierra , el cultivo y el procesamiento pueden dar lugar a mayores emisiones generales de carbono para la bioenergía en comparación con el uso de combustibles fósiles. [30] [32]
El uso de tierras agrícolas para el cultivo de biomasa puede resultar en menos tierra disponible para el cultivo de alimentos . En los Estados Unidos, alrededor del 10% de la gasolina de motor ha sido reemplazada por etanol a base de maíz , que requiere una proporción significativa de la cosecha. [33] [34] En Malasia e Indonesia, la tala de bosques para producir aceite de palma para biodiésel ha llevado a graves efectos sociales y ambientales , ya que estos bosques son sumideros de carbono críticos y hábitats para diversas especies. [35] [36] Dado que la fotosíntesis captura solo una pequeña fracción de la energía de la luz solar, producir una cantidad dada de bioenergía requiere una gran cantidad de tierra en comparación con otras fuentes de energía renovable. [37]La bioenergía puede mitigar (es decir, reducir) o aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero . También hay consenso en que los impactos ambientales locales pueden ser problemáticos. [ cita requerida ] Por ejemplo, una mayor demanda de biomasa puede crear una presión social y ambiental significativa en los lugares donde se produce la biomasa. [38] El impacto está relacionado principalmente con la baja densidad energética de la superficie de la biomasa. La baja densidad energética de la superficie tiene el efecto de que se necesitan áreas de tierra mucho más grandes para producir la misma cantidad de energía, en comparación con, por ejemplo, los combustibles fósiles .
El transporte de biomasa a larga distancia ha sido criticado por considerarse un desperdicio y una insostenibilidad [39], y ha habido protestas contra la exportación de biomasa forestal en Suecia [40] y Canadá. [41]
En 2020, la bioenergía produjo 58 EJ ( exajulios ) de energía, en comparación con los 172 EJ del petróleo crudo , los 157 EJ del carbón, los 138 EJ del gas natural , los 29 EJ de la energía nuclear, los 16 EJ de la energía hidroeléctrica y los 15 EJ de la energía eólica , solar y geotérmica combinadas. [42] La mayor parte de la bioenergía mundial se produce a partir de recursos forestales. [43] : 3 [44] : 1
En general, la expansión de la bioenergía cayó un 50% en 2020. China y Europa son las únicas dos regiones que informaron una expansión significativa en 2020, agregando 2 GW y 1,2 GW de capacidad de bioenergía, respectivamente. [45]
Casi todos los residuos de aserradero disponibles ya se utilizan para la producción de pellets, por lo que no hay margen de expansión. Para que el sector de la bioenergía se expanda significativamente en el futuro, una mayor parte de la madera para pulpa cosechada debe destinarse a las fábricas de pellets. Sin embargo, la cosecha de madera para pulpa (raleo de árboles) elimina la posibilidad de que estos árboles envejezcan y, por lo tanto, maximicen su capacidad de retención de carbono. [46] : 19 En comparación con la madera para pulpa, los residuos de aserradero tienen emisiones netas más bajas: "Algunos tipos de materia prima de biomasa pueden ser neutros en carbono, al menos durante un período de unos pocos años, incluidos en particular los residuos de aserradero. Se trata de desechos de otras operaciones forestales que no implican una cosecha adicional y, si se queman como desechos o se dejan pudrir, liberarían carbono a la atmósfera en cualquier caso". [46] : 68
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