47
31 30
16
Incrementos de utilización de energías renovables previstos para 2010 en la UE y en España (en MTEP/año).
3,37
3,23 1,91
1,97
España (PER 2005-2010) UE (Plan de Acción de la Biomasa
2004-2010)
Incremento total: 124 Mtep/año Incremento total: 10,48 Mtep/año
Otras E.R..
Biomasa residual
Cultivos energéticos. Apl. térm. y eléct.
Cultivos energéticos para biocarburantes.
JUSTIFICACIÓN DEL DESARROLLO DE LOS CULTIVOS ENERGÉTICOS
• Necesidad de producir energía autóctona, renovable y limpia
• Existencia de superficies agrícolas y forestales excedentarias o no rentables para la explotación tradicional en el contexto de una progresiva globalización del mercado alimentario. Posibilidad de incrementar de forma sostenible la superficie de suelo para la introducción de cultivos energéticos.
• Necesidad de disminuir el impacto medioambiental de la agricultura intensiva en numerosas zonas.
• Necesidad de desarrollar nuevas alternativas en el sector primario para asegurar su competitividad.
0 2 4 6 8 10 12 14
2010 2020 2030
cultivos energéticos
otra biomasa residual
biomasa forestal
Potencial sostenible estimado de biomasa en la UE-22 (en EJ)
Fuente: EEA,2006 Previsión de producción
con biomasa
Proyecto singular y estratégico para el desarrollo y evaluación de la viabilidad de la producción de
energía en España a partir de la biomasa de cultivos energéticos (On Cultivos)
Juan E. Carrasco Coordinador
Objetivo de On Cultivos
Promover la obtención de energía a escala comercial a partir de la biomasa de cultivos energéticos en España a través de la definición y desarrollo de las condiciones que deben darse a nivel técnico, económico y medioambiental para posibilitar su implantación comercial sostenible, así como de la difusión de las posibilidades del recurso y de las alternativas viables para su implantación comercial.
Herramientas:
• Programa de demostración comercial
• Programa de desarrollo tecnológico
• Programa de difusión y explotación de resultados
Participantes en el PSE-On Cultivos (2007)
PRODUCTORES Y COMERCIALIZADORES DE BIOMASA Y BIOENERGÍA Y ASOCIACIONES
AGRÍCOLAS
CONSULTORÍAS Y PROMOTORES DE PROYECTOS
• ACCIONA Energía
• ACCIONA
Biocombustibles
• Bioebro
• ECOAGRÍCOLA
• Pryconval
• Abengoa-Bioenergía
• ASAJA-Granada
• Viveros Fuenteamarga
•Valoriza Gestión
• VICEDEX
• Biopoplar Ibérica
• SINERSYS
• Asesoría Ind. Zabala
• ECOPRIBER
• Fundación Soriactiva
•ESCAN
• Fundación Ciudad de la Energía
EMPRESAS DE DESARROLLO TECNOLÓGICO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS
•GUASCOR LASIÁN
•GUASCOR I+D GREENCELL
• ABENGOA Bioenergía
CENTROS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO
CIEMAT(Coordinador)
• INIA
• Univ. Politec. Madrid.
• Univ..Comillas
• ITA C y L.
• IRTA
• Univ. Zaragoza/CIRCE
• IAS-CSIC
DATOS GENERALES DEL PSE- On Cultivos DATOS GENERALES DEL PSE- On Cultivos
Duración
Presupuesto indicativo (M€)
Superficie estimada a implementar
para la demostración de los cultivos
2005-2012
aprox 62M€
Unas 15.000 ha
Comunidades Autónomas implicadas (2007)
Andalucía, Aragón, Castilla la Mancha, Castilla y León, Cataluña, Extremadura, Madrid y
Navarra
Estructura del PSE- On Cultivos (Enero 2009)
ÁREA 1
PRODUCCIÓN DE BIOMASA DE CULTIVOS SELECCIONADOS
ALMACENAJE
LOGÍSTICA DE SUMINISTRO
Subproyectos 2 y 2C
Subproyecto 1
APLICACIONES TÉRMICAS EN EL SECTOR DOMÉSTICO
ÁREA 2
APLICACIONES PARA LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
PRODUCCIÓN BIOCOMBUSTIBLES DE LÍQUIDOS
UTILIZACIÓN DE LOS BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS
Subproyecto 3 Subproyectos 5A,6,6B,7 Subproyectos 8A, 8B y 8C
ÁREA 3
ELABORACIÓN Y VALORACIÓN DE ACVS
Subproyecto 9 Flujos de datos
COSTOS
ENERGÍA PARÁMETROS MEDIOAMBIENTALES
ÁREA 4
DIFUSIÓN Y EXPLOTACIÓN DE LOS RESULTADOS
Subproyecto 10
Cultivos energéticos en el Programa de Demostración
Chopo (Populus sp.)
Sorgo forrajero (Sorghum bicolor L. var. híbrida.) Cereales para bioetanol y Brassica spp.
PLANTAS DE CONVERSIÓN ENERGÉTICA IMPLICADAS EN LA DEMOSTRACIÓN DE LA BIOMASA DE LOS CULTIVOS
• Diez calderas del sector doméstico en condiciones reales de operación
• Dos centrales de producción de electricidad con biomasa: Sangüesa (Navarra) y Miajadas Cáceres).
• Una destilería de bioetanol: Babilafuente (Salamanca) (demostración)
• Una planta de gasificación de biomasa (demostración) en Júndiz (Álava)
Brassica carinata
Sorgo híbrido Cereales Cardo
Caña común (Arundo donax)
Paulownia
Chopo (populus spp.)
Cultivos lignocelulósicos
Colza (Brassica napus)
Cártamo
Jatropha curcas
Sinapis alba
Camelina sp.
Crambe
Cultivos Oleaginosos para Biodiesel
Programa experimental
Olmo de Siberia (Ulmus pumilla)
Programa Experimental para el desarrollo de los cultivos (2008).
Colza B.Carinata Sorgo Cereales Cardo Caña
común CártamoSinápsis alba Chopo Olmo de siberia Pauwlonia Ensayos productividad en al
menos más de una zona ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü
Nutrientes (N, P, K y otros) ü ü ü ü
Suelo (tipificación) ü ü ü
Clima/temperaturas/heladas ü ü ü ü
Agua/regadíos/ comparacion por
zonas o precipitaciones ü ü ü ü ü ü ü
Evaluación de Variedades/clones
ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü
Mejoramiento Genético
ü ü ü ü
Evaluación Tipo de labores ü ü ü ü ü
Trat.semillas/enfermedades/
Plagas/control malas hierbas ü ü ü ü
Técnica implantacion (Dosis
siembra/densidad de plantacion)ü ü ü ü ü ü ü ü
Desarrollo/fenología/fechas de
siembra ü ü ü
Modelos / funciones de
producción ü ü
Biomasa ü ü ü ü
Frutos/semillas/aceite ü ü ü ü ü ü
HERBACEOS LEÑOSOS
Ensayos agronómicos
Evaluaciones de Calidad de producto final
Elaboración y evaluación de los ACV de las cadenas energéticas de los cultivos
De todas las cadenas energéticas desarrolladas se realizará:
üACV energético üACV medio- ambiental:
- emisiones efecto invernadero
-erosión
-eutrofización
- consumo de agua üACV económico:
- costos de producción
üComparaciones con los ACV de referencia agrícolas y de los combustibles fósiles.
Estudios sobre potencial de los cultivos
Demostración y desarrollo de los cultivos
Logística
Calefacción
doméstica Generación eléctrica Producción y uso comb. transporte
ACV energético, medioamb.
y económico
Área 1
Área 3 Área 2
ESTADO ACTUAL DEL PROYECTO
ESTUDIO DE POTENCIALIDAD AGRONÓMICA DE LOS CULTIVOS ENERGÉTICOS EN ESPAÑA
COMUNIDAD AUTÓNOMA
Nº
COMARCAS
Andalucía 55
Aragón 21
Asturias 10
Baleares 3
Canarias 8
Cantabria 6
Castilla-La Mancha 32
Castilla León 59
Cataluña 35
C. Valenciana 25
Extremadura 22
Galicia 15
La Rioja 6
Madrid 6
Murcia 6
Navarra 7
País Vasco 8
Ceuta 1
Melilla 1
TOTAL 326
Objetivo
Determinar el potencial sostenible de producción de biomasa en España a partir de cultivos energéticos
Elementos del estudio Monografías de cultivos Funciones de producción
Zonificación de comarcas agrícolas
Base de datos con soporte GIS
POTENCIAL MÁXIMO ESTIMADO DE BIOMASA DE CULTIVOS ENERGÉTICOS LIGNOCELULÓSICOS EN ESPAÑA EN LA SITUACIÓN ACTUAL DE
DESARROLLO Y EN BASE A CARDO, CHOPO Y CENTENO BIOMASA (TOTAL 8,3 Mtep)
Fuente. GA-UPM
Sorgo 211,28 ha
Brassica napus 1178,29 ha Brassica carinata 40,78 ha
Navarra: 26 ha
Populus spp. 46 ha
Trigo 42 ha Maíz 95,16 ha
Cebada 63,08 ha
Parcelas de demostración de los cultivos Período 2005-2009
Soria 227,2 ha
Navarra: 432 ha
Ciudad Real 19 ha Toledo 201,09 ha
Badajoz 212 ha
Navarra 32,34 ha
Soria 4,44 ha
Granada: 8 ha
Toledo: 4 ha Soria: 8 ha Navarra: 8 ha
Cáceres: 2 ha Salamanca 30,7 ha León 18,56 ha
Palencia 6,6 ha
Valladolid 14,5 ha Zamora 24,8 ha
Soria 5,28 ha Salamanca 9,38 ha
Burgos 10,5ha Palencia 12,34 ha
Ávila 4,3 ha Salamanca 2,04 ha
Valladolid 27,5 ha Palencia 11,4 ha
Burgos 7,5 ha
Soria 2,6 ha Segovia 8,1 ha
Córdoba: 45,92 ha
Sevilla: 125,36 ha Badajoz 10 ha
Girona 4 ha
Cuenca 5 Cáceres 50 ha
Albacete 28 ha
Teruel 4 ha Teruel 4 ha
Barcelona 2 ha Girona 2 ha Zamora 8 ha
León 4 ha Valladolid 1,5 ha
Segovia 1,5 ha Ávila 1,5 ha
Cardo: 11,78 ha*
Populus spp. 7,95 ha**
Maíz: 6 ha
Pawlonia spp. 1,35 ha**
Parcelas de experimentación de los cultivos Año agrícola 2005-2009
** Cultivo implantado en la campaña 05-06 Sorgo 6 ha
* Datos 07
Cereales de otoño: 36 ha Brassica carinata y colza:
microparcelas (06’-09’)
Olmo de Siberia: 0,25ha*
Caña Común: 1,1ha*
Sinapis, crambe, camelina Jatropha: 10ha
Cártamo
Chopo (Populus sp.) en corta rotación
•Los clones responden diferente en cada zona de España. Destacan el clon I214, AF2, Montviso. El clon I-214 ofrece resultados intermedios de producción en todas las zonas.
•En Almazán (Soria) en el primer corte (3 años, realizado en enero 2009) la producción obtenida fue de 36-60 t/ha de biomasa seca según los clones, que responden a las previsiones.
•De los distintos marcos de plantación posibles en el cultivo de chopo para biomasa, aquellos que resultan en mejores rentabilidades se prevé que se sitúen en torno a las 10,000 a 15,000 pl/ha.
•Los estudios de necesidades de agua del chopo con dosis entre 3500
m3/ha.año
(punto de marchitez) y5500m3/ha.año (capacidad de campo) muestran diferencias entre clones, destancando con mayores eficiencias de uso de agua AF2 y Montviso. En ambos casos mayor que el clon I214.
Los principales necesidades de desarrollo en las que trabaja hoy On Cultivos:
•Mecanización de la recolección
•Necesidades hídricas y desarrollo de clones
•Determinación de densidades y turnos de corta óptimos
Parcela demostrativa de Valtierra de ACCIONA (junio 2009, NAVARRA).
Foto: CIEMAT
Parcela de demostración de colza.
Soria.
Fundación Soriactiva
Brassica napus
-La colza es un cultivo muy técnico que presenta dificultades para su implantación dada la pluviometría típica de los secanos de las principales zonas productoras españolas.
-En secanos húmedos y condiciones climatológicas favorables, el cultivo muestra unos rendimientos en torno a 3500-4000 kg/ha de semilla, lo que puede hacerlo atractivo como materia prima para biodiesel, en rotación con cereales.
-Se requiere minimzar la variabilidad de la producción logrando resultados más estables y previsibles.
-En condiciones de regadío las situaciones de mayor rentabilidad se encuentran en las zonas de menor pluviometría.
Principales necesidades de desarrollo:
- Selección y aclimatación de variedades adaptadas a las condiciones climatológicas españolas (mejoras para la nascencia)
Brassica carinata
-Los resultados obtenidos en 2005-2008, sobre un total de 40,8 hectáreas para producción de biomasa sólida en la zona centro-norte no permiten establecer en la actualidad este cultivo como viable desde el punto de vista económico.
- En la actualidad este cultivo se encuentra dentro del programa experimental de mejora genética para realizar su selección y mejora genética de variedades con mayor tolerancia al frío y producción de biomasa.
Principales necesidades de desarrollo
-Selección de variedades y mejora genética para incrementar la resistencia al frío y la producción de biomasa.
Brassica carinata (FOTO: CSIC)
Parcela experimental de sorgo del ITGA (NAVARRA). 2008.
Foto: CIEMAT
Principales necesidades de desarrollo:
-Selección de material genético
- Logística de la recolección (se trabaja en materiales con fecha de recolección que posibilite un secado rápido). Se realizan dos sistemas: ensilado y siega- empacado.
-Ensayos de fertilización y agua
-Almacenamiento y conservación de la biomasa . Formas de almacenar y secar la biomasa minimizando las pérdidas de material y haciendo compatible su manejo con la utilización de la tierra.
- Desarrollo como doble cultivo (ITGA, Sorgo sobre Cebada o Triticale)
Sorgo para biomasa Rendimientos obtenidos en On Cultivos
(2006-2008):
Navarra (Medio: 13 t/ha, Máximo 16 t/ha) Andalucia (Medio: 22 t/ha, Máximo de 60t/ha)
Cataluña (15-20 t/ha, septiembre 2009)
Ensayos de demostración de variedades seleccionadas de maiz (en regadío) y cereales de invierno (en secano) en Castilla y León.
Fuente: ITA CyL
Cultivo Provincia Municipio (Localidad) Superficie (ha)
Sistema Laboreo
Producción
(t) Variedad
Maíz León Valdevimbre 1.68 LT 12,5 Tizona
Maíz León Cimanes de la Vega 3.4 SD 10 Menorca
Maíz Palencia Villaturde 2.3 LT 12.9 PR38A24
Maíz Salamanca Campos de Peñaranda 2 LT 10.5 Girona
Maíz Salamanca Aldearrubia 8.6 LT 11.5 Girona
Maíz Salamanca Machacón 2.5 LT 13.4 Es Zodiac
Maíz Valladolid Adalia 2 LT 10.9 Es Paolis
Maíz Valladolid Santovenia de Pisuerga 2.5 LT 16.03 DK 537
Maíz Valladolid Bocos de Duero 2 LT 11.5 Samsara
Maíz Zamora Arcos de la Polvorosa 2.2 LT 12.3 Maggi
Maíz Zamora Fresno de la Robera 1.5 LT 12.5 Es Cajou
Maíz Zamora Toro 4.5 LT 10 Bishop
Parcelas de Demostración
Cultivo Provincia Municipio (Localidad) Superficie (ha)
Sistema Laboreo
Producción
(t) Variedad
Trigo Blando Burgos Tobar 1.5 SD 7.4 Ingenio
Trigo Blando Burgos San Martín de Rubiales 1.5 LT 8.5 Andelos
Trigo Blando Palencia Villaturde 2.05 LT 5.7 Bastide
Trigo Blando Palencia Villerías de Campos 1.5 SD 6.2 Aubusson
Trigo Blando Palencia Paramo de Boedo 1.12 SD 6.5 Andalou
Trigo Blando Salamanca Palencia de Negrilla 3.94 LT 6.6 Inoui
Trigo Blando Soria Barca 2.64 ML 8.3 Fiorenzo
Cebada Avila Fuentes de Año 1.4 SD 6.1 Boost
Cebada Burgos Tobar 1.5 SD 5.7 Regalia
Cebada Burgos San Martín de Rubiales 1.5 SD 6.8 Seduccion
Cebada Palencia Bustillo de la Vega 2.52 LT 4.9 Parma
Cebada Palencia Villerías de Campos 1.5 SD 6.2 Hispanic
Cebada Salamanca Palencia de Negrilla 0.27 LT 7.7 Meseta
Cebada Segovia Fuentepiñel 3.3 SD 8.1 sunrise
Cebada Soria Barca 1.3 ML 4.9 Pweter
Cebada Valladolid Villaescusa de Roa 1.31 SD 7.7 Marado
Cebada Valladolid San Pelayo 10.94 SD 4.9 Himalaya
Parcelas de Demostración
Parcelas de Demostración
Cereales para bioetanol
Principales resultados:
-
Se han obtenido producciones de 5 a 8 t/ha de grano a partir devariedades seleccionadas de cereales de invierno.
-Las variedades seleccionadas de maíz han rendido una producción de 10-12 t/ha con contenidos de almidón superiores a la media de las variedades comerciales más comunes.
Resultados campaña agrícola 2006-2007.
Cardo (Cynara cardunculus L.)
Se han obtenido rendimientos de 5-20 t/ha (finca del Encin, Madrid). El desarrollo de las plantas y consecuentemente, la producción, viene muy marcada por las características del suelo.
Se estudia la composición de la biomasa en función de la composición del suelo. No se ha encontrado correlación hasta el momento.
Se encuentran en fase de ensayos en invernadero varios nuevos clones de alta producción en biomasa o aceite obtenidos por cultivo in vitro Está en desarrollo maquinaria para la recolección (siega y empacado) y fraccionamiento de la biomasa
Fuente: GA-UPM
Recolección de chopo Navarra, 2009.
Máquina Spapperi Picado deSorgo.
Foto Valoriza
Prototipo para siega y empacado deC. Cardunculus Foto: UPM-GA
Desarrollo de la mecanización de la recogida y fraccionamiento de los cultivos energéticos
Prototipo para fraccionamiento
de biomasa de cardo (
Foto: UPM-GA)
Ensayos de almacenamiento de biomasa de sorgo.
Fotos: ValorizaEnsayos de almacenamiento de
biomasa de Brassica.
Foto CIEMATAplicaciones de las biomasas en el sector doméstico
El objetivo es la demostración de la viabilidad de la producción y empleo de pélets de las biomasas de diferentes cultivos energéticos en el sector doméstico, incluido el desarrollo tecnológico de calderas aptas para biomasas de cultivos herbáceos.
Planta peletizado CIEMAT
Progreso y resultados:
•Se ha optimizado la producción de pélets de chopo y de mezclas de chopo y brassica.
• Se han determinado las condiciones de peletizado (dos tecnologías) de las biomasas de jara, caña, roble y olmo, incluido el empleo de aditivos .
•Se ha demostrado la viabilidad del empleo de pélets de chopo en condiciones reales en calderas
de biomasa del sector doméstico. Emisiones de azufre en niveles de debido a la adición de lignosulfonato a los pélets. Próximamente se llevará a cabo la evaluación de los pélets de mezclas de chopo y brassica.
• Se han introducido mejoras en el diseño de un prototipo quemador-caldera para materiales herbáceos. Se han realizado con éxito los primeros ensayos con pélets de biomasas herbáceas (brassica).
Inst. peletizado. UPM
Caldera Bioselect 250. Prototipo Lasián
Utilización de la biomasa de cultivos en instalaciones centralizadas de generación eléctrica con biomasa
Planta de Sangüesa. 25 MW. Acciona Energía
Progreso:
•
Completados los estudios preliminares para determinar las propiedades de sinterización y corrosión de las biomasas consideradas y aditivos y definidos los métodos de muestreo y control en las plantas industriales.• Completado el estudio sobre los efectos de la atmósfera de las cenizas de paja y brassica sobre el acero de la caldera de Sangüesa y otros aceros seleccionados
• Completado el diseño, construcción y evaluación de las sondas para el estudio de depósitos y corrosión.
• Previstos primeros ensayos en Sangüesa con brassica en Diciembre de 2009.
Aplicaciones eléctricas centralizadas
El objetivo es demostrar la viabilidad del empleo de las biomasas de brassica,
chopo y sorgo para generación eléctrica en las centrales de ACCIONA de
Sangüesa (25MW) y Miajadas (15MW)
Desarrollo de motores de combustión interna para la generación de electricidad a partir de biocombustibles (biodiesel, bioetanol y gas de gasificación) y sus mezclas con gasóleo.
Progreso y resultados (fuente: GUASCOR Power I+D):
• Completados los ensayos de prestaciones y larga duración (2118 h) con biodiesel EN2414. Funcionamiento correcto y similar al gasóleo.
Emisiones NOx aumentan respecto al gasóleo y disminuyen CO, THC, CO2 y humos. Liberación motores FS.
• Iniciados ensayos de prestaciones con e-diesel (hasta 30% de bioetanol) y definido motor y condiciones de ensayos de larga duración. La adición de etanol aumenta ligeramente rendimiento térmico del motor y disminuye los humos, pero aumenta consumo específico y retarda la ignición.
• Iniciados ensayos de prestaciones con mezclas bioetanol-biodiesel- diesel. La adición de biodiesel mejora la estabilidad de las mezclas y su capacidad lubricante y disminuye humos a altas cargas.
• Iniciados ensayos de prestaciones con motor dual-fuel y mezclas biodiesel-gas de biomasa. Rendimiento térmico del motor disminuye con el gas. THC aumentan y humos
disminuyen al aumentar cantidad de gas. Aplicaciones eléctricas descentralizadas
Ensayos prestaciones en motor Dual Fuel
Ensayos prestaciones etanol- diesel y etanol-biodiesel.
Central de generación de energía eléctrica y térmica de gasificación a partir de biomasa procedente del cultivo energético del chopo.
Progreso y resultados (fuente: GUASCOR Power I+D) :
•
Completada la construcción y puesta en marcha del módulo de gasificación y del motor dual fuel.• Desarrollo de un sistema de condensación de
microgotas de agua con desengrasante de limpieza en la corriente de gas a los motores .
• Ensayos de larga duración (previstas inicialmente 2000h) con mezclas de diesel-biodiesel-gas de biomasa (en Junio de 2009 el motor SFDF 240 TA LG llevaba operativo 450 horas a 370 KWecon un 75% de gas de biomasa y un 25 %
de gasóleo B. )
Aplicaciones eléctricas descentralizadas
Motor SFDF 240 TALG
Sistema de aglomeración de microgotas
Producción de biodiesel
Objetivos
• Demostración de un nuevo proceso en continuo para la producción de biodiesel con formación de triacetín como subproducto y evitando la producción de glicerina.
Progreso
• Completado con éxito el estudio del proceso en laboratorio y planta piloto.
• Completado el estudio de marketing del triacetín
• Desarrollada la ingeniería de la planta de demostración de 10 000t/año. Actualmente en
la etapa de construcción.
Producción y utilización de bioetanol a partir de cultivos energéticos no convencionales (lignocelulósicos y azucarados).
Objetivos
• Demostración de la producción de bioetanol a partir de la biomasa lignocelulósica de cultivos energéticos (brassica sp, sorgo, chopo) en la planta de Babilafuente.
• Desarrollo de la producción de bioetanol a partir de pataca y sorgo azucarero de doble aptitud.
• Demostración de la utilización del e-diesel en vehículos y de la producción de hidrógeno por reformado del bioetanol.
Progreso y resultados (
aspectos no agronómicos)• En realización los estudios en laboratorio con distintas biomasas de cultivos energéticos para sentar las bases para la definición de las condiciones de proceso en la planta de demostración de
Babilafuente. Ensayos en Babilafuente previstos para 2011.
