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Avances de investigación de cultivos energéticos en México
IV Congreso de Energías Renovables y Biocombustibles
Dr. Alfredo Zamarripa ColmeneroCoordinador Nacional de la Red de
Investigación e Innovación en Bioenergéticosdel INIFAP
Lima, Perú. 14 de Octubre de 2010
CONTEXTO NACIONAL E INTERNACIONAL
Reservas probadas de fuentes fósiles de energía en disminución;necesidad de reducir la dependencia de combustibles fósiles
Actividades humanas generan gases con efecto invernadero que inducencalentamiento global y cambio climático; necesidad de disminuir lasemisiones de gases contaminantesemisiones de gases contaminantes
Demanda nacional e internacional creciente de Biocombustibles;aumentar el valor agregado de las actividades económicas.
� Aviación mexicana demanda 700 millones de litros de bioturbosina.
El consumo mundial de energía pasó de 68,000 millones de barrilesde petróleo crudo en 2000 a mas de 86 mil millones en 2010.
El crecimiento medio anual es de 2.6 % ( China 10.8%; India 3.9%,México 1.6%)
Fuente: SENER, ONU, 2007
Constante aumento de los precios de recursos no renovables
Dependencia actual de oxigenantes (MTBE, TAME)
BALANCE ENERGÉTICO EN MÉXICO
Carbón 2.4 % Nucleoenergía 1.1% Hidroenergía
2.5 %
Energía eólica 0.7 %
Biomasa 3.3 %
Hidrocarburos (petróleo y gas)
90%
Fuente: Secretaria de Energía, 2010. México
CAPITULO I:
Establece las bases para:
� Promover la producción de insumos bioenergéticos a partir de las actividadesagropecuarias, forestales, algas, procesos biotecnológicos y enzimáticos del campomexicano; sin poner en riesgo la seguridad y soberanía alimentaria.
LEY DE PROMOCIÓN Y DESARROLLO DE BIOENERGÉTICOS DOF: 1 DE FEBRERO DE 2008
POLÍTICA EN BIOENERGÉTICOS
� Promover el desarrollo regional y el de las comunidades rurales menos favorecidas
� Procurar la reducción de emisiones contaminantes a la atmósfera y gases de efectoinvernadero (GEI).
� Coordinar acciones entre los Gobiernos Federal, Estatales, Distrito Federal yMunicipales, así como la concurrencia con los sectores social y privado.
SEGURIDADENERGÉTICA
ESTRATEGIA INTERSECRETARIAL DE LOS BIOENERGÉTICOS
MOTIVACIÓN PARA EL DESARROLLO DE LOS BIOCOMBUSTIBLES
IMPACTOAMBIENTAL
DESARROLLORURAL
BIOCOMBUSTIBLES
INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE BIOCOMBUSTIBLES EN MÉXICO
Especies en estudio con potencial energético
Ventajas:
� Riqueza Genética � Adaptación a Zonas Marginales � Bajos Requerimientos de Agua� Alto Potencial de Rendimiento� Altos Contenidos de Aceite y Sacarosa
� Modelaje y sistemas de información geográfica
� Conservación y caracterización morfológica, bioquímica y molecular derecursos genéticos
� Mejoramiento genético
� Manejo agronómico
LINEAS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN BIOCOMBUSTIBLES
� Inoculantes microbianos para cultivos energéticos
� Manejo y aprovechamiento de coproductos
� Certificación de calidad de los Biocombustibles
� Estudios de rentabilidad, competitividad, sustentabilidad ambiental ybalance energético
Que es una condición de éxito en potencial productivo?
Es la identificación de zonas con las mejores condiciones de éxito en la producción de un cultivo.
* Condiciones consideradas en el presente estudio
¿Qué es el potencial productivo?
Es el lugar más idóneo que por condiciones climáticas, edáficas y topográficas permite elbuen desarrollo de la planta.
LINEA 1 Modelaje y sistemas de información geográfica
Topográficos edáficos climáticos
Altitud Pendiente Suelos
Textura
Fases físicas
Fases químicas
Precipitación
Temperatura
Climas
En los estudios de zonificación que INIFAP realiza, se utilizan los Sistemas de Información Geográfica (SIG) .
Potencial Productivo de Jatropha curcas L.
Alto potencial productivo para Piñón e Higuerilla
BIODIESEL
LINEA 2.1
Colecta y conservación de Jatropha curcas L.
400 accesiones de piñón con gran diversidad genética (variación en precocidad,vigor, adaptación, contenido de aceite) colectadas en nueve estados del país.
Se utilizaron 68 descriptoresvarietales para la caracterizaciónmorfológica de 90 colectas
� Planta: 6� Hoja: 14
2.2. Caracterización morfológica del Piñón mexicano (Jatropha curcas L.)
� Hoja: 14� Flor femenina: 8� Flor masculina: 7� Racimo: 4� Fruto: 21� Semilla: 8
Análisis de componentes principales (ACP)Análisis de conglomerados jerárquico (ACJ)
Diversidad genética en piñón
Colectas de Jatropha curcas
Figura 1.- Dendograma de colectas de piñon a partir de 68 descriptores varietales
I II
III IV V VI
� De 400 colectas del Banco de Germoplasma Nacional de Piñón (Jatropha curcas L.) delINIFAP se seleccionaron 88, para el análisis de diversidad genética medianteMicrosatélites (Secuencias Simples Repetidas) y AFLP (Polimorfismos en la Longitud delos Fragmentos Amplificados)
2.3. Caracterización molecular del Piñón mexicano (Jatropha curcas L.)
393231363537
904219
3334
4938
26
4041
62
17
49444345
3852
484647
965742
10
14
3888
47
2
5857565354
727237
505152
5543
17
13
67616466
896118
5562
41
1
13756
5647
109
7276
54
12
96
33
1112
92
52
141617
3913
8
182526
4727
11
10
100
0.1
26232429
3816
4
2122
294
7
302728
7413
38
27
1920
18
58
838286767778
2720
807981
39306
6869
60
1
757374
6113
1
1
10
81534
9352
36
66
426559636072
4235
4112
878485
7865
9
7
21
7071
71
47
Figura 2.- Dendrograma de las relaciones genéticas entre colectas de Jatropha curcascon marcadores tipo microsatélite
Marcadores SSR: 74% de diversidadgenética en Jatropha curcas
Marcadores SSR: 84 % dediversidad genética en Ricinuscommunis
8163
63315831
6497
4998
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000R
endi
mie
nto
Kg-1
ha
LINEA 3.- Mejoramiento genético
Evaluación y selección de materiales elite de Jatro pha
Figura 3.- Rendimiento de genotipos Elite selecciona dos de piñón Jatropha curcas L. en Chiapas, México.
91
833 750 5831438
1017 989 976 964
18117142167
0
1000
2000
INIF
AP-RI-C
3IN
IFAP-R
I- C72
INIF
AP-RI-
C29IN
IFAP-R
I- C31
INIF
AP-RI-
C4IN
IFAP-R
I- C76
INIF
AP-RI-
C95IN
IFAP-R
I- C1
Med
ia
Ren
dim
ient
o K
g
Rendimiento de fruto Rendimiento de grano
1998
1260
9608401000
1500
2000
2500R
endi
mie
nto
(Kg/
ha)
Figura 4. Rendimiento de genotipos Elite seleccionados de higuerill a Ricinuscommunis L. en Chiapas, México.
840
693 660589
502 474
0
500
INIF
AP-RIR
IC-9
INIF
AP-RIR
IC-7
INIF
AP-RIR
IC-1
INIF
AP-RIR
IC-4
INIF
AP-RIR
IC-6
INIF
AP-RIR
IC-1
9IN
IFAP-R
IRIC
-3IN
IFAP-R
IRIC
-17
Promed
io R
endi
mie
nto
(Kg/
ha)
Tecnología de producción
LINEA 4. Manejo Agronómico
Generación de componentes tecnológicos de Jatropha
� Fechas de siembra,� Densidades de población� Fertilización� Podas� Sistemas de producción
Niveles de fertilización
Diámetro (cm)
Altura (cm)
No. de Hojas
No. de ejes
Rendimiento (kg/ha)
Incremento en la producción
(%)
T3: 60-40-20 2.42 a 50.29 a 28.92 a 1.13 284.46 350
Cuadro 1.- Resultados del experimento dosis de fertilización en piñón Jatrophacurcas en el Soconusco, Chiapas.
T2: 40-40-40 2.33 a 48.77 a 24.96 a 1.38 233.78 286
T1: 20-40-20 2.54 a 52.92 a 29.38 a 1.25 226.75 278
T4: Orgánico 2.28 a 41.83 a 22.67 a 0.50 170.40 209
T5: Testigo 1.76 b 22.16 b 10.78 b 0.00 81.28 100Medias con letra diferente en la columna son estadísticamente diferentes (Tukey a ≤ 0.05)
Medias sin letra;no se encontraron diferencia significativas entre tratamientos
.
Distancia de siembra
Densidades No. plantas/ha
Desarrollo fenológico
Rendimiento de Maíz Kg/ha
Altura (m)
Diámetro (cm)
No. Hojas
Cuadro 2.- Resultados del experimento de Piñón con Maíz en el Estado deChiapas, sistema de callejones.
Sistemas de Producción
2 x 2 2,500 1.41 2.85 130 1422
2 x 4 1250 1.10 2.21 79 4248
4 x 4 625 0.96 2.33 67 4406
Materia prima
•Contenido de lípidos.•Humedad•Cenizas•Proteínas
Calidad del aceite
•Perfil de ácidos grasos.•Viscosidad•Densidad•Índice de Yodo•Índice de Saponificación•Valor de peróxidos
LINEA 5. Certificación de calidad de los Biocombustibles
•Valor de peróxidos•Acidez Titulable
•Contenido de esteres• Glicerina libre y total•Mono, di y triglicéridos•Contenido en metanol•Viscosidad •Densidad•Humedad•Índice de Acidez•Índice de Yodo•Estabilidad de Oxidación•Residuo carbonoso•Punto de inflamación•Corrosión en lamina de cobre•Contaminación total
Calidad del Biodiesel
Laboratorio de Bioenergía
Cuadro 3.- Relación del contenido de aceite y proteínaobtenidos de muestras analizadas de J.curcas e Higuerilla.
Cultivo energéticoRango de contenido
de aceite (%)Rango del contenido
de proteína (%)
Para la determinación del contenido de aceite de semillas de Jatropha curcas yRicinus communis se utilizo el método Soxhlet de acuerdo a la norma oficialNMX-F-089-S-1978.
Jatropha curcas L. 26.32 a 56.94 40.25 a 67.81
Ricinus communis L. 27.9 a 66.0 30.0 a 68.0
El Balance Energético permite contabilizar el flujo de energía no renovable a travésde un inventario de insumos de las diferentes etapas y actividades en la obtencióndel Biocombustible, así como las salidas del sistema tomando como sistema deanálisis un periodo determinado .
LINEA 6. Balance de Energía
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA BIOENERGÉTICA
Cuadro 4.- Balance Energ ético en diferentes sistemas de producción de higuerilla y piñón ( Jatropha curcas L.)
PAQUETE TECNOLÓGICO
CICLO DE VIDARELACIÓN
ENERGÉTICA
(MJ/ha)
GASTO
ENERGÉTICO
(MJ/ha)
PROD.
ENERGÉTICA
(MJ/ha)
HIGUERILLA TRÓPICO SECO UNICULTIVO TEMPORAL 12 606 63 121 1 : 5.0
HIGUERILLA TRÓPICO HUMEDO UNICULTIVO TEMPORAL 7 889 34 918 1 : 4.4
PAQUETE TECNOLÓGICO
CICLO DE VIDARELACIÓN
ENERGÉTICA(MJ/ha)
GASTO ENERGÉTICO
(MJ/ha)
PROD. ENERGÉTICA
(MJ/ha)
PIÑON EN UNICULTIVO DE TEMPORAL (AÑO 1) 16 821 8 032 1 : 0.48
PIÑON EN UNICULTIVO DE TEMPORAL (AÑO 1) 16 821 29 141 1 : 1.73
PIÑON ASOCIADO CON MAÍZ DE TEMPORALPIÑÓN: 13 232
MAÍZ: 12 808
PIÑÓN: 11 131
MAÍZ: 65 100 1 : 2.82
Programa de Biocombustibles del estado deChiapas:
� Siembra de 10, 000 ha de Jatropha curcas con 3,000 productores�Establecimiento de dos plantas de producción de biodiesel con capacidad
de 20 000 y 2 000 L diarios� Uso en transporte urbano en dos ciudades
72 autobuses en Tuxtla Gutiérrez, Chiapas (Conejobus)35 autobuses en Tapachula, Chiapas (Tapachultecobus)
PROYECTO DE DESARROLLO
35 autobuses en Tapachula, Chiapas (Tapachultecobus)
PERSPECTIVAS
� La producción de biocombustibles continuará en incremento debido a diversosfactores que la impulsan:
• Demanda mundial en constante crecimiento• Impulso al desarrollo regional• Seguridad energética (ahorro de petróleo)• Contribuir a reducir emisiones contaminantes
Existe voluntad política para el desarrollo y uso de los biocombustibles� Existe voluntad política para el desarrollo y uso de los biocombustibles
� México cuenta con diversidad genética, climática y edáfica para la producciónsostenible y competitiva de especies bioenergéticas. Se cuenta con especies que nocompiten directamente con la producción de alimentos considerados en la canastabásica de México