Yolanda Lechón Jefa de la Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos CIEMAT Seminario CEIGRAM 1...

Yolanda LechónJefa de la Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos CIEMATSeminario CEIGRAM1 octubre 2013

Análisis de Ciclo de Vida de cultivos y cómo reducir el impacto sobre el cambio climático

Esquema de la presentación1. ¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?2. Objetivo y alcance

1. Unidad funcional.2. Límites del sistema

3. Análisis de inventario1. Producción y uso de combustibles2. Producción y uso de fertilizantes

4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CALCUGEI7. Conclusiones

¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida?

Análisis de Ciclo de Vida (UNE-EN-ISO 14040-46)“El ACV es una técnica para evaluar los aspectos medioambientales y los potenciales impactos asociados con un producto mediante:• la recopilación de un inventario de las entradas y salidas de materia, energía y emisiones.• la evaluación de los potenciales impactos medioambientales asociados• la interpretación de los resultados.”

Todo ello a lo largo de la vida del producto “DE LA CUNA A LA TUMBA”

Análisis de Ciclo de Vida (ACV)

Otros Vertidos

ENTRADAS

Materias Primas

Energía

SALIDAS

EmisionesAtmosféricas

Efluentes Líquidos

Residuos Sólidos

Coproductos

Adquisición de materias primas

Producción

Uso/Reuso/Mantenimiento

RecicladoGestión del Residuo

Análisis de Ciclo de Vida. Etapas

•Definición de objetivo y alcance del estudio: Se definen los objetivos globales del estudio y se establecen la finalidad del mismo, el producto a estudiar, la audiencia a la que se dirige y el alcance o magnitud del estudio, es decir, los límites del sistema. Asimismo se define la unidad funcional. •Análisis de inventario: En la fase de inventario se contabilizan todas las cargas ambientales asociadas al ciclo de vida de la unidad funcional.• Evaluación de los impactos del ciclo de vida: consiste en interpretar el inventario, analizando y evaluando los impactos producidos por las cargas ambientales. • Interpretación de los resultados obtenidos en el estudio.




4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CLACUGEI7. Conclusiones

Objetivo y alcance. Unidad funcional

UF: Medida cuantitativa de las funciones del sistema

Definir la función del sistema en estudio: p.e. producción de grano de trigo para alimentación animal

Es la unidad a la cual irán referidas las entradas y salidas del ACVSirve para comparar productos o sistemas con funciones equivalentes

La UF funcional puede ser • de tipo físico: p.e. 1 t de grano, 1 ha• de tipo funcional: p.e. 1 MJ de energía metabolizable

Labor profunda

Labor superficial

Abonado de fondo

Labor superficial

Siembra

Abonado de cobertera

Tratamiento fitosanitario

Cosecha

Transporte del grano

Empacado

Transporte paja

Grano

Paja

Abonos

Semilla

fitosanitarios

Fabricación y transporte de abonos

Producción y transporte semilla siembra

Fabricación y transporte de fitosanitarios

GasoilObtención y distribución de gasoil

Maquinaria agrícola

Límites del sistema agrícola

Camiones transporte

Agua de riego y energía bombeo

Riego

Objetivo y alcance. Límites del sistema

El suelo como parte del sistema productivo

El suelo hasta la profundidad del nivel freático es parte del sistema agrícola

Solo la parte de productos que sale de los límites del sistema (escorrentía, lixiviación, erosión..) es considerado como emisión o efluente al medio ambiente.

Se tiene que considerar la diferencia en calidad y cantidad de suelo antes y después del cultivo: pérdida o aumento de stocks de carbono

Asignación de cargasEn procesos multifuncionales que originan varios productos es necesario repartir las cargas ambientales entre productos y co-productos.

Cultivo de cerealCultivo de cereal

1 kg grano (17 MJ/kg; 2Euros/kg)

4 kg paja (15 MJ/kg; 0.5 Euros/kg)

Límites del sistema

Labor profunda

Labor superficial

Abonado de fondo

Labor superficial

Siembra



Cosecha


Empacado

Transporte paja

Grano

Paja

Abonos

Semilla

fitosanitarios







Camiones transporte


Riego

Análisis de inventario. Producción y uso de combustibles en labores

Procesos de producción de combustibles

Exploración, extracción y transporte del crudo

Refino de crudo

Distribución de combustible hasta estaciones de servicio

Uso final en tractores y maquinaria agrícola

Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de diesel

Diesel Gasolina

Emisiones producción diesel:• 15 g CO2 equiv/MJ• 89 g CO2 equiv/MJ incluyendo combustión

Fuente: JEC - Joint Research Centre-EUCAR-CONCAWE collaboration,WELL-TO-TANK (WTT) REPORT – APPENDIX 2 VERSION 4, JULY 2013

Vías de mejora:• Reducción de emisiones de antorchas y venteo en la etapa de extracción del crudo• Aumento de la eficiencia en refinería

Labor profunda

Labor superficial

Abonado de fondo

Labor superficial

Siembra



Cosecha


Empacado

Transporte paja

Grano

Paja

Abonos

Semilla

fitosanitarios







Camiones transporte


Riego

Análisis de inventario. Producción de fertilizantes

Procesos de producción de los fertilizantes

Las cargas ambientales de la producción de fertilizantes provienen fundamentalmente de dos vías:•las emisiones de CO2 y otros contaminantes provenientes del uso de combustibles sólidos (fundamentalmente gas natural) como materia prima y como combustible en los procesos de síntesis de amoniaco• Las emisiones de N2O provenientes de la producción de ácido nítrico• Otras emisiones directas de los procesos

Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de los fertilizantes

Fuente: Frank Brentrup and Christian PallièreGHG EMISSIONS AND ENERGY EFFICIENCY INEUROPEAN NITROGEN FERTILISER PRODUCTION AND USE The International Fertiliser Society at a Conference in Cambridge, on 11th December 2008

Vías de mejora:•Eficiencia energética•Control de las las emisiones de N2O provenientes de la producción de ácido nítrico mediante sistemas catalíticos (70-85% reducción)

Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de los fertilizantes

Fuente: Frank Brentrup and Christian PallièreGHG EMISSIONS AND ENERGY EFFICIENCY INEUROPEAN NITROGEN FERTILISER PRODUCTION AND USE The International Fertiliser Society at a Conference in Cambridge, on 11th December 2008

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

AN Eur. Av2006

AN BAT CAN Eur.Av 2006

CAN BAT CN Eur. av2006

CN BAT UreaEuropeanav 2006

Urea BAT UANEur.av2006

UAN BAT NPK Eur.av 2006

DAP Eur.av. 2006

TSP 48%Eur. av2006

MOP60%K2O

g CO

2 eq

uiv

/kg

N, P

2O5

o K2

O

N2O

CH4

CO2

Emisiones de gases de efecto invernadero del uso de los fertilizantes nitrogenados

•Emisiones de óxido nitroso desde el suelo

•Emisiones de CO2 por hidrólisis de la urea

Emisiones de gases de efecto invernadero del uso de los fertilizantes nitrogenados. Métodos estimación

•Emisiones de óxido nitroso desde el suelo •Modelos mecanicistas de química del suelo (DNDC y otros)•Metodología del IPCC• Modelos paramétricos (Stehfest and Bouwman, 2006)

•Emisiones de CO2 por hidrólisis de la urea•Metodología del IPCC

Modelos de química del suelo. Modelo DNDC (Li et al., 1992, 2000,2003)

emission of NO, N 2O, N2, NH3 and CH4predicted gas fluxes predicted gas fluxes

NO

N2O

N2

emission of NO, N 2O, N2, NH3 and CH4predicted gas fluxes predicted gas fluxes

NO

N2O

N2

NO2-

Nitrat -denitrifier

N2O -denitrifier

Nitrit -denitrifier

nitrifier

NO3-

NH3clay-

minerals

N2O

NO NH3

denitrification nitrification

NO3-

DOC

exchange ofNO, N 2O, NO 3

-

NH4+DOC

NO2-

Nitrat -denitrifier

N2O -denitrifier

Nitrit -denitrifier

nitrifier

NO3-

NH3clay-

minerals

N2O

NO NH3

denitrification nitrification

NO3-

DOC

exchange ofNO, N 2O, NO 3

-

NH4+DOC

soilmoisture

profile

O2-profile

O2-diffusion

meanannual

temperat.

dailyevapotrans-

piration

evaporation transpira-tion

watermovementin the soil

Soil climate

soilT-profile

CO2

NH4+

DOC

non-degradable organic matter

very labile labile resistant

degradable organic matter

degradable microbial matter

very labile resistant

degradable humineslabile resistant

mineralisation

crop growth

waterdemand

rootrespiration

wateruptake

waterstress

N-uptake

dailygrowth

grain

wood

root

N-demand

LAIdepending

albedo

ecologicaldriver

soil vegetationclimate ecologicaldriver

human impact

Effect of temperature and moisture on mineralisation

predicted soilenvironmental forces substrate (C, N ) temperature moisture pH

anaerobicballoon

DNDC-Model

methanogenesis

CH4-oxidationCO2methanotrophic bacteria

- diffusion- gasbubbles- plant tranpsort

methanogenic bacteria

CH4

DOC CO 2

Metodología del IPCC 2006.Las emisiones de N2O desde el suelo agrícola pueden ser:

- Directas- Indirectas:

-Volatilización NH4+ o NO3- y posterior deposición- Lixiviación o escorrentia de NO3-

Emisiones directas:Fuentes de N:

-Fertilización mineral FSN

-Fertilización orgánica FON

-Deposiciones de ganado FPRP

-N presente en los residuos agrícolas FCR

-Mineralización de N orgánico por cambio de uso del suelo FSOM

- Emisiones por cultivo de histosoles FOS

Herramienta GNOC del JRC (basada en Stehfest and Bouwman, 2006)(http://gnoc.jrc.ec.europa.eu/)

http://gnoc.jrc.ec.europa.eu/

Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción y uso de los fertilizantes

Fuente: Frank Brentrup and Christian PallièreGHG EMISSIONS AND ENERGY EFFICIENCY INEUROPEAN NITROGEN FERTILISER PRODUCTION AND USE The International Fertiliser Society at a Conference in Cambridge, on 11th December 2008IPCC

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AN Eur.average

2006

AN BAT CAN Eur.average

2006

CAN BAT CN Eur.average

2006

CN BAT UreaEuropeanaverage

2006

Urea BAT UANEur.average

2006

UAN BAT NPK Eur. av2006

DAP Eur. av.2006

g CO

2 eq

uiv

/kg

N

GHG emissions from manufacturing IFS CO2 emissions from urea hydrolisis

Direct N2O emissions IPCC Tier 1 Indirect N2O emissiosn IPCC Tier 1

Fase 3: Evaluación del impacto del ciclo de vida

Selección de categorías de impacto:Impactos Mid point yEnd point

Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados.

-5.00

5.00

15.00

25.00

35.00

45.00

55.00

65.00

75.00

Trigo

seca

no

Trigo

rega

dio

Cebad

a seca

no

Cebad

a reg

adio

Giraso

l seca

no

Giraso

l rega

dio

Colza se

cano

Colza re

gadio

Cardo so

lo biodiese

l

Cardo biorre

fineria

Cardo biorre

fineria e

nergia

Sorgo

rega

dio Andalucia

g CO

2 eq

uiv/

MJ b

ioco

mbu

stibl

e

Emis iones semi l la de s iembra

Emis iones de N2O suelo

Emis iones por consumo deelectricidad

Emis iones por produccion defi tosanitarios

Emis iones por consumo decombustible en labores

Emis iones por fabricación deferti l i zantes

14

33

3036

33

8

18

28 25

66

40

19

Fuente: IDAE. Evaluación del balance de gases de efecto invernadero en la producción de biocarburantes.

-5.00

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Trigo

seca

no

Trigo

rega

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Cebad

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g CO

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MJ b

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e

14

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3036

33

8

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28 25

66

40

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Emisiones de óxido nitroso desde el suelo:• Optimización de la fertilización• Uso de fertilizantes con inhibidores de producción de N2O

Emisiones de la producción de fertilizantes:• Optimización de la fertilización• Producción de fertilizantes con BAT

Emisiones de la producción y uso de combustibles en labores:• Reducción del número de labores• Optimización consumo de combustible en maquinaria• Reducción de emisiones de producción de carburantes

Vías de reducción del impacto sobre el cambio climático.

Otros resultados. Huella de carbono UPA

Emisiones de óxido nitroso desde el suelo

Materias primas (fertilizantes)

Maquinaria (labores)

http://www.idae.es/index.php/relcategoria.1037/id.686/relmenu.322/mod.pags/mem.detalle




Conclusiones.1. Los sistemas agrícolas tienen una contribución importante a las emisiones de

gases de efecto invernadero y el ACV es una metodología eficaz para determinar las etapas de mayores emisiones

2. Desde una perspectiva de ciclo de vida, los procesos de producción y uso de fertilizantes son la causa mas importante de emisiones en los cultivos agrícolas.

3. Otra causa importante son los consumos energéticos en las labores 4. Existen vías de reducción de estas emisiones. Algunas residen en la mejora de

los procesos de producción de los input agrarios y otras en la propia gestión agrícola.

5. Dentro de estas últimas destacan la optimización de la fertilización, el uso de productos con inhibidores de la formación de N2O, la optimización del número de labores y del consumo de combustible de la maquinaria.

Gracias por su atenció[email protected]

mailto:[email protected]

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