heiz böeni - análisis de ciclo de vida de...
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Materials Science & Technology
AnAnáálisislisis dedeCicloCiclo de de VidaVida dedeBiocombustiblesBiocombustibles
Heinz Heinz BBööninisustecsustec –– sustainablesustainable technology technology cooperationcooperation
EMPAEMPAInstitutoInstituto Federal Federal SuizoSuizo de de InvestigaciInvestigacióónny y PruebaPrueba de Materialesde Materiales
TSL Technology & Society LabTSL Technology & Society Lab
Materials Science & Technology
Zuckerrohrfeld auf Hawaii
2 Materials Science & Technology
Contenido
IntroducciónEnergía!?Estudio ACV: Metas – método – límites del estudio
Resultados a lo largo de la cadena de valorRecursos – tratamiento – transporte – uso
Asesoría ambiental integral
3 Materials Science & Technology
Qué queremos?CalorFríoMovilidad Luz
demanda de energíaf (ahorro, tecnología)
η eficiencia
Reservasde
Petróleo
Alguien otroquisiera
conectarse!
Energía Fósil?
5 Materials Science & Technology
BioenergíaFormas acceptables? -> Criterios de sostenibilidad
-> Analisis Ciclo de Vida para aspectos medioambientales
Responsabilidad Social
Economía
Medio Ambiente
6 Materials Science & Technology
Metas del estudio
Análisis en detalle orientado a la práctica de impactos ambientales a lo largo de la cadena de valor para biocombustibles ya usados o en un uso futuro en Suiza
„Balance medioambiental completo“ de diferentes biocombustibles
Criterios de una reducción de impuestos para biocombustibles (en discusión política)Criterios de permiso de importación(International Roundtable on Sustainable Biofuels)
7 Materials Science & Technology
Límites de un tal estudio
Estudio ambientalsin declaraciones de factores económicos o sociales (por
ejemplo: costos, trabajo infantil)
Promedio Suizo consideradotransferencia a otras regiones o situaciones particulares limitada
Niveles tecnológicos diferentes fueron comparadosdebe ser considerado en la interpretación
Análisis estático de la situación actualsin respuestas a la pregunta sobre las consecuencias futuras de
un cambio a biocombustibles a gran escala
8 Materials Science & Technology
Impactos ambientales en la cadena de producción?
Efectos a la de Efectos a la de biodiversidadbiodiversidad
Con carburantes fósiles
contaminación aire
ContaminaciContaminacióón aguan agua
Cambio climáticoUso de recursos naturales
Explotación de suelos
Eco-toxicidad
… y biocombustibles
9 Materials Science & Technology
Por qué Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?Ejemplo: Demanda de energía fósil de biocombustibles
Carburante fósil Biocombustible
A primera vista: 100% reemplazo de energía fósil
10 Materials Science & Technology
Ejemplo: Demanda fósil de biocombustibles
cultivo cosechasiembra procesa-miento
transporte
producción semillas
producción fertilizantes
producción tractor
producción auxiliares
producción camiones
producción vehiculos
fábrica fertilizantes
fábrica tractores
fábrica química
fábrica camiones
fábrica carros
llantas etcetc etc
horticultura
Flujo de masaFlujo de energía fósil
11 Materials Science & Technology
Evaluación de impactos ambientales
Emisiones -> Dispersión en la naturaleza -> Efecto -> Daño
Precisión científicaRelevancia para la sociedad
InventarioACV
Daño a la salud
Daño al ecosistema
Daño a los recursos naturales
12 Materials Science & Technology
Indicadores seleccionados
Handlungsorientierte Analyse derUmweltauswirkungen
„ökologische Gesamtbilanz“
Emisiones -> Dispersión en la naturaleza -> Efecto -> Daño -> Asesoría integral
análisis de impactos en detalleorientado a acciones reales
asesoría integral del impacto
Cla
ses
de d
años
Rec
urso
sN
atur
alez
aH
uman
os Daño a la salud
Daño al ecosistema
Reducción de recursos
no renovables
gases efecto invernadero
enfermedades tracto resp.
acidificación eco-toxicidad
eutroficación land use
smog
energia fósil acumulada
Indicadores „midpoint“ Indicadores „endpoint“
13 Materials Science & Technology
Caminos de procesamiento examinados
Agro-productos
Productos de la selva
Residuos
Electricidad
Calor
Polygeneración
Metano
Mat. Sólido
Methylester
Bioethanol
BTL
Corte Madera
Fermentación
Molino Aceite
Gasificación
Biomass-to-liquid D
istil
laci
ón, l
impi
eza,
sep
arac
ión
CO
2
Procesamiento Transporte UsoRecursos
‘Biogas’
‘Biodiesel’
‘Bioalcohol’
14 Materials Science & Technology
Biodiesel: Emisiones efecto invernadero
Emisiones más bajas con residuos de aceiteEmisiones N2O hasta 50%Tumba de selva por quema puede causar más de 50% de las emisiones
0 20 40 60 80 100 120
Speiseöl-ME CH
Speiseöl-ME FR
Raps-ME CH
Raps-ME RER
Soja-ME US
Soja-ME BR
Palm-ME MY
Diesel schwefelarm CH
Treibhausgas-Emissionen [g CO2-equiv./MJ]
CO2, fossilCO2, land transform.Methan, fossilN2Oandere
Aceite comestible
ME = Methylester -> Biodiesel
Aceite comestible
Colza
Colza
Palma Africana
Emisiones efecto invernadero [g CO2-eq./MJ]
15 Materials Science & Technology
Biodiesel: Comparación de impactos ambientalesDiesel schwefelarm CH
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Speiseöl-ME CH
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Soja-ME US
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Raps-ME RER
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Soja-ME BR
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Palm-ME MY
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
FOSS: Consumo energía fósilTHP: Potencial efecto invernaderoPM: Enfermedades respiratoriasSMOG: Smog
SAUR: Acidificación suelosEUTR: EutrofizaciónÖTOX: Eco-toxicidadLAND: Ocupación terreno
Colza Methylester RERAceite comestible usado CH
16 Materials Science & Technology
Biodiesel: Como se refleja el desmonte de la selva virgen cultivando soja?
Efectos significativos sobre demanda energía ENR y emisiones efecto invernadero
Efecto menor sobre agregación total
Energieaufwand, nicht erneuerbar (MJ)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Original 0.8% Urwald 6.4% Urwald
fossil land transformation nuklear
Treibhausgasemissionen (g CO2-Eq)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
Original 0.8% Urwald 6.4% Urwald
CO2 fossil CO2 land transformationMethan, fossil Methan, biogenN2O andere
Vollaggregierende Methoden
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Original 0.8% Urwald 6.4% Urwald
Eco
-Indi
cato
r'99
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
UB
P'0
6
EI'99 (H/A) UBP'06
demanda energía no-renovable ENR emisiones efecto invernadero EEI métodos de agregación total AT
17 Materials Science & Technology
Bioethanol: Emisiones efecto invernadero
Diferencias muy grandes entre substratosEmisiones más bajas con caña de azúcarHasta 40% de las emisiones son N2O
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Holz CH
Gras CH
Kartoffeln CH
Zuckerrüben CH
Zuckerrüben Melasse CH
Molke CH
Zuckerrohr BR
Zuckerrohr Melasse BR
Zuckerhirse CN
Mais US
Roggen DE
Roggen RER
Ethylen RER
Treibhausgas-Emissionen [g CO2-equiv./MJ]
CO2, fossilMethan, fossilMethan, biogenN2Oandere
Madera
Pasto
Papas
RemolachaMel. Remolacha
Suero lácteoCaña Azucar
Mel. Caña
Mijo
Maíz
Centeno
Centeno
Emisiones efecto invernadero [g CO2-eq./MJ]
Gasolina EURO 3
18 Materials Science & Technology
Bioethanol: Comparación de impactos ambientalesBenzin schwefelarm CH
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Kartoffeln CH
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Zuckerrüben CH
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Molke CH
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Zuckerrohr BR
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Mais US
0%
25%
50%
75%
100%FOSS
THP
PM
SMOG
SAUR
EUTR
ÖTOX
LAND
Caña Azucar BR
FOSS: Consumo energía fósilTHP: Potencial efecto invernaderoPM: Enfermedades respiratoriasSMOG: Smog
SAUR: Acidificación suelosEUTR: EutrofizaciónÖTOX: Eco-toxicidadLAND: Ocupación terreno
Gasolina lowS CH
Remolacha CH
Suero Lácteo CH Patatas CH
Quema de las hojas de la caña antes de la cosecha
19 Materials Science & Technology
Metano: Emisiones efecto invernadero
Factor más importante: Metano escapando durante digestión anaeróbica y acondicionamientoDiferencias muy grandes entre las variantes
-0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
Cosubstrat
Gülle
Cosubstrat mit Abdeckung
Gülle mit Abdeckung
Bioabfall
Klärschlamm
Molke
Gras
Holz-Syngas
Erdgas RER
Treibhausgas-Emissionen [kg CO2-equiv.]
CO2, fossilMethan, fossilMethan, biogenN2Oandere
Estiércol con Co-Substrato
Estiércol
Esti.+CoSubst. mod
Estiércol moderno
Bio-Residuos
Lodos de PTAR
Suero
Pasto Biorefinería
Madera, gasificación
Gas Natural
emisiones de efecto invernadero [kg CO2-eq./MJ]
20 Materials Science & Technology
Resultados a lo largo de la cadena de valor
Agro-productos
Productos de la selva
Residuos
Procesamiento Transporte UsoRecursos
well-to-tank tank-to-wheel
Corte Madera
Fermentación
Molino Aceite
Gasificación
Biomass-to-liquid D
istil
laci
ón, l
impi
eza,
sep
arac
ión
CO
2
Metano
Mat. Sólido
Methylester
Bioethanol
BTL
‘Biogas’
‘Biodiesel’
‘Bioalcohol’
21 Materials Science & Technology
Residuos no tienen una carga ecológica (‘eco-mochila’)
Diferencias grandes dentro de cada clase de combustibles
Factor 8 entre productos agrícolas. Depende:
Eficiencia arealUso fertilizantes,tratamiento del sueloEmisiones N2OTumba de selva por quema
Procesamiento Transporte UsoRecursos
0 20 40 60 80 100
Gülle CH (mit Abdeckung)
Gülle CH (ohne Abdeckung)
Bioabfall CH
Molke CH
Gras CH
Holz CH
Kartoffeln CH
Molke CH
Zuckerrohr BR
Zuckerhirse CN
Mais US
Altöl CH
Rapsöl CH
Sojaöl US
Sojaöl BR
Palmöl MY
g CO2-eq. / MJ
Bio
dies
elB
ioal
coho
lB
ioga
sTreibhauspotential
Palma Africana
Soja BR
Soja US
Colza CH
Aceite usado
Maíz US
Mijo CN
Caña BR
Suero CH
Papa CH
Madera CH
Pasto CH
Suero CH
Bioresiduo CH
Estiercol CH
Estiercol moderno CH
Gases efecto invernadero
22 Materials Science & Technology
Biodiesel: Parte del procesamiento es pequeño (proceso sencillo)
Ethanol: Variación grande
Metano: Post-digestión y escapes son relevantes
En general: Procesamiento < Producción
Procesamiento Transporte UsoRecursos
-20 0 20 40 60 80 100 120
Gülle CH (mit Abdeckung)
Gülle CH (ohne Abdeckung)
Bioabfall CH
Molke CH
Gras CH
Holz CH
Kartoffeln CH
Molke CH
Zuckerrohr BR
Zuckerhirse CN
Mais US
Altöl CH
Rapsöl CH
Sojaöl US
Sojaöl BR
Palmöl MY
g CO2-eq. / MJ
LandwirtschaftVerarbeitung
TreibhauspotentialB
iodi
esel
Bio
alco
hol
Bio
gas
Palma Africana
Soja BR
Soja US
Colza CH
Aceite usado
Maíz US
Mijo CN
Caña BR
Suero CH
Papa CH
Madera CH
Pasto CH
Suero CH
Bioresiduo CH
Estiercol CH
Estiercol moderno CH
Gases efecto invernadero
Prod.Agricola
Procesamiento
23 Materials Science & Technology
Importancia del transporte de combustibles
Ejemplo: Transporte de bioethanol BR -> CH
0 2 4 6 8 10
transoceanictanker
barge tanker
lorry
freight transport [tkm]0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
GHG-Emissions [CO2-eq./kg Bioethanol]
Procesamiento Transporte UsoRecursos
diez veces diferencia en distancias diferencias marginales en efecto invernaderotransporte a larga distancia con barco cuenta poco
24 Materials Science & Technology
Transporte de combustible:< 10%puede sumar el transporte en camiónTransporte < Procesamiento< Producción Agrícola
Procesamiento Transporte UsoRecursos
-20 0 20 40 60 80 100 120
Gülle CH (mit Abdeckung)
Gülle CH (ohne Abdeckung)
Bioabfall CH
Molke CH
Gras CH
Holz CH
Kartoffeln CH
Molke CH
Zuckerrohr BR
Zuckerhirse CN
Mais US
Altöl CH
Rapsöl CH
Sojaöl US
Sojaöl BR
Palmöl MY
g CO2-eq. / MJ
LandwirtschaftVerarbeitungTransport
TreibhauspotentialB
iodi
esel
Bio
alco
hol
Bio
gas
Palma Afric.
Soja BR
Soja US
Colza CH
Aceite usado
Maíz US
Mijo CN
Caña BR
Suero CH
Papa CH
Madera CH
Pasto CH
Suero CH
Bioresiduo CH
Estiercol CH
Estiercol moderno CH
Gases efecto invernadero
Prod.Agricola
Procesamiento
Transporte
25 Materials Science & Technology
Reducción CO2-eq. entre 0% bis 90%Para cualquier tipo de biocombustible reducciones de >50% son posibles – la cadena hace la diferencia Mejor producto agricola: Caña de azúcar BRMejor cadena: Metano a partir de estiércol en planta moderna (cubrimiento del almacenamiento de lodos, distribución en el campo tipo ‘tracción mangueras’
Procesamiento Transporte UsoRecursos
-0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20
Gülle CH (mit Abdeckung)
Gülle CH (ohne Abdeckung)
Bioabfall CH
Molke CH
Gras CH
Holz CH
Kartoffeln CH
Molke CH
Zuckerrohr BR
Zuckerhirse CN
Mais US
Altöl CH
Rapsöl CH
Sojaöl US
Sojaöl BR
Palmöl MY
Diesel
Benzin
g CO2-eq. / Personen-km
Landwirtschaft Treibstoff-ProduktionTreibstoff-Transport Auto- und Strassen-InfrastrukturFahrzeug-Betrieb
Treibhauspotential
Bio
dies
elB
ioal
coho
lB
ioga
s
Palma Afric.
Soja BR
Soja US
Colza CH
Aceite usado
Maíz US
Mijo CN
Caña BR
Suero CH
Papa CH
Madera CH
Pasto CH
Suero CH
Bioresiduo CH
Estiercol CH
Estiercol moderno CH
Gasolina
Diesel
Gases efecto invernadero
kg CO2/pkm
Prod.Agricola Procesamiento
Transporte
Operación vehículo
Infraestructura Carros y Carreteras
26 Materials Science & Technology
Procesamiento Transporte UsoRecursos
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Benzin, EURO3
Diesel, EURO3
Palmöl ME MY
Sojaöl ME BR
Sojaöl ME US
Rapsöl ME CH
Altspeiseöl CH
Ethanol Mais US
Ethanol Zuckerhirse CN
Ethanol Zuckerrohr BR
Ethanol Biomasse CH
Methan Gras
Methan Molke
Methan Bioabfall
Methan Gülle
UBP'06
emission into air emission into surface wateremission into ground water emission into top soilenergy resources natural resourcesLand Use waste
Algunos biocombustibles tienen mejor balance que combustibles fósilesEmisiones en el aire y en aguas son factores más importantesEn la producción agrícola juegan un papel: emisiones en el suelo, en acuíferos y la ocupación de tierra
Asesoría integralB
iodi
esel
Bio
alco
hol
Bio
gas
Recursos
Palma Afric. MY
Soja BR
Soja US
Colza CH
Aceite usado
Maíz US
Mijo CN
Caña BR
Suero CH
Bioresiduo CH
Estiercol CH
Pasto CH
Gasolina
Diesel
27 Materials Science & Technology
Resultados del análisis total
Procesamiento Transporte UsoRecursos
Agro-productos
Selva
Residuos
Metano
Mat. Sólido
Methylester
Bioethanol
BTL
Corte Madera
Fermentación
Molino Aceite
Gasificación
Biomass-to-liquid D
istil
laci
ón, l
impi
eza,
sep
arac
ión
CO
2
‘Biogas’
‘Biodiesel’
‘Bioalcohol’Escala por km
28 Materials Science & Technology
THG-Emissionen0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
Methan Gülle
Methan Gülle+Kosubstrat
100% Vegetable XME FR
100% Vegetable XME CH
Methanol fixed.bed CH
Methan Holz
Methanol fluid.bed CH
Ethanol Zuckerrohr BR
Ethanol Biomasse CH
Ethanol Zuckerhirse CN
Methan Klärschlamm
Methan Gras
100% Soybean XME US
Methan Molke
Methan Bioabfall
100% Palm XME MY
100% RME CH
100% RME RER
Ethanol Mais US
Ethanol Roggen RER
100% Soybean XME BR
Erdgas, EURO3
Diesel, schwefelarm EURO3
Benzin, schwefelarm EURO3
Gasolina, EURO3 = 100%
30% - 50% Red. Ef.Inv
> 50% Reducción Ef.Inv
Residuos
< 30% Reducción Ef.Inv
Emisión efecto invernadero
Estiércol CH
Estiércol + CoSubstrato CH
Aceite usado ME FR
Aceite usado ME CH
MeOH Madera fixed bed CH
Metano Madera CH
MeOH Madera fluid bed CH
Ethanol Caña BR
Ethanol Biomasa CH
Ethanol Mijo CH
Metano Lodos PTAR CH
Metano Pasto Biorefineria CH
ME Soja US
Metano Suero CH
Metano Bioresiduos CH
ME Palma Africana MY
ME Colza CH
ME Colza RER
EtOH Maíz US
EtOH Centeno RER
ME Soja BR
Gas Natural EURO3
Diesel EURO3
Gasolina EURO3
29 Materials Science & Technology
THG-Emissionen0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
Methan Gülle
Methan Gülle+Kosubstrat
100% Vegetable XME FR
100% Vegetable XME CH
Methanol fixed.bed CH
Methan Holz
Methanol fluid.bed CH
Ethanol Zuckerrohr BR
Ethanol Biomasse CH
Ethanol Zuckerhirse CN
Methan Klärschlamm
Methan Gras
100% Soybean XME US
Methan Molke
Methan Bioabfall
100% Palm XME MY
100% RME CH
100% RME RER
Ethanol Mais US
Ethanol Roggen RER
100% Soybean XME BR
Erdgas, EURO3
Diesel, schwefelarm EURO3
Benzin, schwefelarm EURO3
SAUR0% 100% 200% 300%
EUTR0% 100% 200%300% 400% 500%
ÖTOX0% 100%200%300%400% 500%
SMOG0% 100%200%300%400% 500%
menos que referencia gasolinamás que referencia gasolina
Emisión efecto invernadero SMOG Acid. Eutr. Ecotox.
Estiércol CH
Estiércol + CoSubstrato CH
Aceite usado ME FR
Aceite usado ME CH
MeOH Madera fixedbed CH
Metano Madera CH
MeOH Madera fluid bed CH
Ethanol Caña BR
Ethanol Biomasa CH
Ethanol Mijo CH
Metano Lodos PTAR CH
Metano Pasto Biorefineria CH
ME Soja US
Metano Suero CH
Metano Bioresiduos CH
ME Palma Africana MY
ME Colza CH
ME Colza RER
EtOH Maíz US
EtOH Centeno RER
ME Soja BR
Gas Natural EURO3
Diesel EURO3
Gasolina EURO3
30 Materials Science & Technology
UBP060% 50% 100% 150% 200% 250% 300%
THG-Emissionen0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
Methan Gülle
Methan Gülle+Kosubstrat
100% Vegetable XME FR
100% Vegetable XME CH
Methanol fixed.bed CH
Methan Holz
Methanol fluid.bed CH
Ethanol Zuckerrohr BR
Ethanol Biomasse CH
Ethanol Zuckerhirse CN
Methan Klärschlamm
Methan Gras
100% Soybean XME US
Methan Molke
Methan Bioabfall
100% Palm XME MY
100% RME CH
100% RME RER
Ethanol Mais US
Ethanol Roggen RER
100% Soybean XME BR
Erdgas, EURO3
Diesel, schwefelarm EURO3
Benzin, schwefelarm EURO3
EcoIndicator 99 (total)0% 50% 100% 150% 200% 250% 300%
Emisión efecto invernadero EI99UBP06
Estiércol CH
Estiércol + CoSubstrato CH
Aceite usado ME FR
Aceite usado ME CH
MeOH Madera fixed bed CH
Metano Madera CH
MeOH Madera fluid bed CH
Ethanol Caña BR
Ethanol Biomasa CH
Ethanol Mijo CH
Metano Lodos PTAR CH
Metano Pasto Biorefineria CH
ME Soja US
Metano Suero CH
Metano Bioresiduos CH
ME Palma Africana MY
ME Colza CH
ME Colza RER
EtOH Maíz US
EtOH Centeno RER
ME Soja BR
Gas Natural EURO3
Diesel EURO3
Gasolina EURO3
31 Materials Science & Technology
Emisión efecto invernadero
Estiércol CH
Aceite usado ME FR
Ethanol Caña BREthanol Mijo CN
Metano LodosPTAR CH
Metano Pasto Biorefineria CH
ME Soja US
Metano Bioresiduos CH
ME Palma Africana MY
ME Colza CH
ME Colza REREtOH Maíz US
EtOH Centeno RER
ME Soja BR
Gasolina EURO3 = Referencia
Papas CH
Remolacha CH
Pun
tos
de Im
pact
o In
tegr
al U
BP
06
Conclusión gráfica: CO2 vs. Impacto total
32 Materials Science & Technology
Conclusiones
Con varios biocombustibles se puede llegar a >50% de reducción de gases efecto invernadero.
Solo poco biocombustibles llegan al nivel de combustibles fósiles en la asesoría integral.
Con medidas selectivas se pueden reducir impactos ambientales:
p.ej. metano: Reducción de escapes de gasp.ej. agricultura tropical: Evitación del desmonte por quema
33 Materials Science & Technology
Gracias!
source: unknown
http://www.bioenergywiki.net/index.php/Roundtable_on_Sustainable_Biofuels