Situación de Residuos Agrícolas Orgánicos (RAO) en Costa Rica

como Fuente Energética

Dr. Oscar Coto Chinchilla

Taller Capacitación sobre Valoración de Biomasa Agrícola Residual para Conversión en Energía

19-20 de setiembre 2013, CICAFE, San Pedro de Barba, Heredia, Costa Rica

Contenidos

I. Objetivos del estudio de RAO en Costa Rica.

II. Contexto Nacional.

III. Enfoques Metodológicos.

IV. Estimaciones por Sector y RAO para el 2012.

V. Proyecciones por Sector y RAO al 2016.

VI. Tendencias Generales de Sendas de Conversión Bioenergética.

VII. Visiones de Contribución Energética de RAO al 2016.

I. Objetivo Superior del Estudio de RAO en Costa Rica

• Realizar una valoración de situación energética actual de RAO orgánicos en Costa Rica y su disponibilidad como potenciales fuentes de energía sustitutiva.

• Expectativa: lograr contribuir a la gestión de conocimiento y apoyo al fortalecimiento de acciones de aceleración del aprovechamiento de los RAO como sustitutos energéticos en un contexto de mitigación al cambio climático apoyando estrategias nacionales.

Actividades a Realizadas

• Estudio de información actualizada, con datos estadísticos y descriptivos de la generación de residuos agrícolas orgánicos (RAO) en los siguientes sectores: café, caña de azúcar, piña, arroz, cítricos, maderables (aserraderos), pecuario (avícola, cerdos, ganado de carne, ganado de leche), banano y palma aceitera.

• Desarrollar matrices de la situación actual y potencial al 2016 en la cual se muestren tendencias y estimaciones de potencial energético en RAOs en Costa Rica.

II. Contexto NacionalEvolución y estructuras del consumo

final total de energía por fuenteEvolución y estructura de la producción

de energía primaria por fuente

Balance Energético Nacional de Costa Rica (DSE, 2012)

Algunas Experiencias Previas

• Diversos trabajos realizados en el país.• Diversos actores involucrados.

OLADE, 1988

CATIE, 2005

DSE/MINAE 2006

FONAFIFO, 2012

III. Enfoques Metodológicos

• Uso de estadísticas oficiales (Info Agro y otros).• Consulta de fuentes secundarias.• Entrevistas a especialistas sectoriales recomendados

por el ELP del Proyecto (27).• Generación de tendencias observadas y escenarios a

corto plazo.• Con un objetivo de dinamizar una gestión de

información eficiente.

Algunas Definiciones Básicas• Biomasa se refiere a cualquier material orgánico derivada de plantas o animales

disponible en una forma renovable. La biomasa incluye la madera, cultivos agrícolas, cultivos herbáceos o maderables, residuos orgánicos municipales, excretas.

• Bioenergía es energía derivada de procesos de conversión de la biomasa, adonde la biomasa puede ser usada directamente como combustible o procesada hacía líquidos o gases.

• Uso Tradicional de la Biomasa se refiere al uso de leña, carbón, residuos agrícolas y excretas animales para cocción y calentamiento en sectores residenciales, con niveles de conversión generalmente muy bajos y generalmente dependiendo de manejos no sostenibles de la biomasa.

• Energía Primaria de la Biomasa se refiere al contenido de energía de los recursos de biomasa antes de procesos de conversión.

• Consumo Final de Bioenergía se refiere al uso de energía de la biomasa en diferentes sectores de uso final.

Enfoque Usado para Valoración de Energía en RAO

• Potenciales estimados a nivel físico y por eficiencias de conversión en rangos aproximativos y representativos.

• Resultados se enmarcan dentro de estimaciones físicas de potencial teórico de energía primaria y de potencial teórico afectado por procesos de eficiencia de algunas sendas de conversión.

• No incluyen valoraciones de convertibilidad específica de RAO por senda ni valoración económica.

Secuencia Estimativa

1. Basadas en la información de producción física por sector para el periodo 2000-2012.

2. Caracterización física de RAOs.3. Biomasa húmeda, biomasa seca por RAO y por sector.4. Energía primaria contenida en masa seca de RAO.5. Reconocimiento de particularidades de aproximación por cada

tipo de sector generando herramientas específicas para sectores agrícolas, aserraderos, porcino, avícola, leche y carne.

6. Proyecciones en base a tasas de crecimiento ponderadas anuales observadas.

7. Consideración de escenarios de disponibilidad.8. Consideración de escenarios de senda de conversión energética

a futuro.

Caracterización de los Residuos

Agrícolas Orgánicos (RAO) de Interés al

Estudio

• Base física.• Diversidad.• Existen otras dimensiones de

caracterización .• Realizada en base a fuentes

secundarias.

IV. Estimaciones por Sector y RAO para el 2012

Biomasa Húmeda/Seca y Energía Primaria por Sectores Productivos

Los RAO tienen potencial para aportar a la oferta energética en el país.

Cada sector tendrá condiciones específicas para validar ese aporte.

Biomasa Seca y Energía Primaria Potencial por Sectores Productivos

• Significancia y relevancia de sectores desde un potencial bruto estimado.

• Pone en perspectiva algunos sectores con potencial pero baja contribución energética histórica.

Sectores agrícolas y aserraderos Sectores pecuarios

Relaciones por Area Cultivada en Sectores Agrícolas

• Permite acercar diversos entornos y alianzas requeridas para promover la bioenergía.

• Brinda nuevas ópticas sobre las posibilidades y demandas enfrentadas.

Biomasa Húmeda/Seca

y Energía Primaria por

RAO

Contribuciones Relativas por Tipo de RAO al Total de Energía Primaria Potencial

• Algunos RAO ya están en el Balance Nacional de Energía.• Otros tienen potencial pero tienen usos alternativos.• Relevancia, Barreras y Retos a enfrentar.

37%

19%

45%

Biomasa Seca de la Palma (TM)

Fibra de MesocarpioCascarilla de Coquito Fibra de Pinzote

36%

22%

42%

Energía Primaria de la Palma (TJ)

Fibra de MesocarpioCascarilla de Coquito Fibra de Pinzote

45%

55%

Energía Primaria del Banano (TJ)

Pinzote de BananoBanano Rechazo (Industria de Alimentos)

45%

55%

Biomasa Seca del Banano (TM)

Pinzote de BananoBanano Rechazo (Industria de Alimentos)

32%

43%

23%3%

Biomasa Seca de Aserraderos (TM)

AserrinLeñaOtrosBurucha

32%

43%

23%3%

Energía Primaria de Aserraderos (TJ)

AserrinLeñaOtrosBurucha

V. Proyecciones por Sector yRAO al 2016

• Realizadas para TCAP de periodos 00-12 y 06-12 de cada sector.• Estimaciones indican aumentos de oferta total bruta del orden del 10% respecto

al 2012.

Proyecciones por Tipo de RAO al 2016

VI. Tendencias Generales de Sendas de Conversión Bioenergética

• Entendimiento de las tendencias de la Conversión Bioenergética a nivel internacional y local.

• Fijación de algunos parámetros importantes de dichas sendas para insertar en escenarios en Costa Rica.

• Consideración de criterios locales de disponibilidades percibidas y expectativas sectoriales respecto a sus RAO.

Bioenergía y sus rutas de conversión a energía útil

REN 21 (2012)

No toda la biomasa de RAOs tiene una única vocación como energético.

Potencial como biorecursos, alimento de ganado, producciones químicas derivadas podrían ser interesantes.

En CR no hay usos tradicionales de poblaciones locales para cocción con los RAOs.

Complejo Mapa Actual de las Sendas de Conversión Energética de la Biomasa

• ¿Existen sendas críticas? ¿Niveles de riesgo? ¿Hay encadenamientos obvios para el país?

• Roles de la valoración tecnológica y de la investigación son importantes .

REN 21 (2012)

Curva de Madurez Tecnológica Internacional en Bioenergía

• ¿Roles claves de actores internacionales, o locales?• ¿Cómo se relaciona con las características de TT en el país, en cada

sector y su escala?

IEA (2012)

Ruta Conversión Investigación y Desarrollo

Demostración Tempranamente Comercial

Comercial

Pre tratamiento de biomasa

Tratamiento hidrotérmico

Torrefacción Pirolisis Peletización / Briqueteo

Digestión anaeróbica

Celdas de combustible microbianas

Digestión 2 etapasUpgrading de gas

Digestión de 1 etapaGas de rellenosGas de aguas

servidas

Biomasa para calor de proceso

Gasificación de pequeña escala Combustión en calderas y hornos

Biomasa para generación

eléctrica

Combustión Máquinas StirlingCombustión con Ciclo Rankine Orgánico

Combustión y Ciclos de Vapor

Co-firing Indirecto Paralela DirectaGasificación Con celdas de

combustibleBICGT

Gasificación con motor de gasCon ciclos de vapor

Rutas de Conversión Bioenergética Identificadas en Costa Rica (+- comerciales)

Existen diversas rutas, múltiples actores y arreglos para implantación de proyectos.

Madurez Tecnológica de la Bioenergía en Costa Rica (diversos factores “push-pull”)

Investigación Desarrollo Demostración Implantación Tecnología Madura

Biodigestión de residuos agrícolas

Hornos combustión

Bio refinerías Biodigestores pequeña escala pecuarios

Torrefacción Densificación

Etanol derivado Generación eléctrica Ciclo Rankine

Gasificación - pirólisis

Micro organismos fotosintéticos

Co-Firing

Caracterización de Hornos de Secado de Café en Costa Rica

ICAFE, 2013

Caracterización de Tecnologías para Generación Eléctrica

• Tecnologías de Combustión.

• Tecnologías de Digestión Anaeróbica.

• Tecnologías de Gasificación.

500-1.000 KWh/ton seca

50 – 290 kWh/ton húmeda

700 – 1.600 kWh/ton seca

Producciones Biogás Típicas ( a nivel de estimación preliminar)

• Residuos de campo: 70-120 m3/ton (dispersión podría ser más alta en algunos cultivos específicos en Costa Rica)

• Gallinaza: 25-80 m3/ton• Cerdaza: 21-54 m3/ton• Excretas bovinas: 23-40 m3/ton

VII. Contribución Energética de RAO al 2016

Dilemas Actuales de los Sistemas Energéticos

• Dilema del Desarrollo: Prosperidad vs. Pobreza.

• Dilema de la Confianza: Globalización vs. Seguridad.

• Dilema de la Industrialización: Crecimiento vs. Impactos al Ambiente.

• Existe un imperativo común que nos lleva a pensar en como suministrar más energía con menos emisiones de GEI a partir del problema del cambio climático.

Transiciones y Escenarios

• Transiciones debidas a aumento de las demandas energéticas, limitaciones en la oferta, stress ambiental más permanente.

• Costa Rica está inmersa en esta transición y ha fijado derroteros importantes que deben dar forma a sus gestiones de la energía.

• Construcción de escenarios, el negocio de costumbre vs. el mapa de ruta .

• Describe y permite nuevas dinámicas detrás de coaliciones de intereses.

• No necesariamente refleja objetivos uniformes, sino más bien construye sobre una base de preocupaciones comunes.

• Moviliza buscando desarrollo de masa crítica con capacidad de respuesta.

• Desarrollo al nivel local e integración hacia arriba ágil. • Diversificación de las contribuciones hacia la

resilencia y adaptación.

Un Ejemplo hacia la Bioenergía

Aumentar participación de RAO en cadena conversión

energética (4% anual de aumento?)

Discutir implicaciones

Definir escenarios de sendas por tipo de RAO en

sector (eficiencia, conv. termo química, conv.

química, etc)

Valorar contribuciones (energéticas potenciales,

de sostenibilidad, de mitigación y adaptación

climática, etc.

Construcción de un mapa de

ruta

Caminar a la implementació

n

Sendas

1. Contribución de Energía Primaria Potencial de RAO en Costa Rica por Senda de Profundización de Combustión y Digestión Anaeróbica al Año 2016.

2. Contribución de Energía Primaria Potencial de RAO en Costa Rica por Senda de Profundización de Gasificación y Digestión Anaeróbica al Año 2016 (manteniendo uso de combustión de algunos RAO).

Resultados

Aumenta el uso energético de RAO con relación a su potencial energético de un 8% en el 2012 a cerca de un 15%

Contribuciones energéticas en el 2016

E1: 14.811 TJ energía a calor de proceso o 911 - 1.735 miles KWh

E2: 15.869 TJ energía a calor de proceso o 972.3 – 1.928 miles KWh

Resultados

Contribución climática significativa en senda de sustitución de combustibles fósiles en calor

de proceso

Contribución Climática esperada en el 2016

E1: 1097 miles t CO2 por sustitución combustibles o 75 – 143 miles t CO2 por sustitución generación en la red nacional

E2: 1175 miles t CO2 por sustitución combustibles o 80-150 miles t CO2 por sustitución generación en la red nacional

Lograr alcanzar las expectativas conlleva a…

a. Plantear escenario de “Construcción de Mapa de Ruta” para la Bioenergía a nivel sectorial y nacional que acerque a distintos tomadores de decisiones y fortalezca regulaciones e instrumentos de apoyo.

b. Realizar valoraciones espaciales sobre la posibilidad de acceso a los RAO y prepararlos para entrar a cadenas de conversión energéticas.

c. Realizar valoraciones tecnológicas y económicas que precisen viabilidad del potencial estimado.

d. Valorar detalladamente encadenamientos de sostenibilidad y usos alternativos de la biomasa en el país.

e. Movilizar una base diferenciada de actores, incluyendo aquellos + marginales y dinámicos que ya en la actualidad trabajan en estos campos.

f. Aportar espacios de investigación que apoyen la gestión tecnológica efectiva y la capacitación hacia la implantación de proyectos a nivel productivo.

Muchas Gracias!