Disponibilidad y costos de producción de biomasa forestal como materia prima para la producción de bioetanol

G. Perez-Verdin, J. J. Navar-Chaidez, D. L Grebner, C. Soto-Alvarez

Abstract


La biomasa forestal es una alternativa ecológica y económicamente viable para la generación de bioetanol debido a que su fuente es abundante, renovable y contribuye a la reducción de gases efecto invernadero. En este estudio, se propone y analiza una metodología para la estimación de la disponibilidad y costos de producción del uso potencial de la biomasa forestal como materia prima para la producción de bioetanol en bosques de pinos del estado de Durango, México. Se usó información del Inventario Forestal Periódico, programas de manejo forestal y datos de empresas de aserraderos e industriales forestales para estimar la biomasa forestal que incluye los restos de aprovechamientos forestales (puntas, ramas) y desperdicios industriales (aserrín, costeras). Se utilizaron simulaciones Monte Carlo para estimar costos de producción de la recolección, extracción y transporte de la biomasa a centros de transformación. Los resultados indican que alrededor de 322.000 toneladas pueden utilizarse para la producción de 38 millones de litros de etanol por año. Las simulaciones Monte Carlo indican que el costo promedio de residuos forestales es de US $23,8 por tonelada (US $0,20 L–1 etanol) mientras que el de residuos industriales es de US $22,6 por tonelada (US $0,19 L–1 etanol). Los factores más importantes en el análisis de sensibilidad fueron el costo pagado a dueños del material, eficiencia tecnológica y distancia de transporte. En el corto plazo, el uso de la biomasa forestal para la generación de biocombustibles tiene varios retos entre los que se encuentran los costos de transporte y la competencia generada por industrias similares como pulpa, papel y tableros aglomerados. Como alternativa se encuentra el desarrollo de biorefinerías integradoras y el uso de medios de transporte más eficientes.


References


Bartuska A. 2006. Why biomass is important-The role of the USDA Forest Service in managing and using biomass for energy and other uses. Speech given at 25x25 Summit II, Washington, D.C. Available at www.fs.fed.us/research/pdf/biomass_importance.pdf (Ultimo accesso Noviembre 25, 2011).

Borjesson P. 2000. Economic valuation of the environmental impact of logging residue recovery and nutrient compensation. Biomass and Bioenergy 19, 137-152.

http://dx.doi.org/10.1016/S0961-9534(00)00028-3

Caputo AC, Palumbo M, Pelagagge PM, Scacchia F. 2005. Economics of biomass energy utilization in combustion and gasification plants: Effects of logistic variables. Biomass and Bioenergy 28(1), 35-51. http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2004.04.009

CONAFOR (COMISION NACIONAL FORESTAL), 2009. Guía para el uso del archivo de consulta del inventario nacional forestal y de suelos. Guadalajara, Jal. (Documento en impresión).

Coleman MD, Stanturf JA. 2006. Biomass feedstock production systems: Economic and environmental benefits. Biomass Bioenergy 30(8-9), 693-695. http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2006.04.003

Demirbas MF. 2009. Biorefineries for biofuel upgrading: A critical review. Applied Energy 86 (1), S151-S161. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.04.043

Dos Santos BMA. 2010. Biofuel's engineering process technology. InTech publisher. Rijeka, Croacia. 732 p.

EPA (Environmental Protection Agency). 2011. Greenhouse gas equivalences calculator. Disponible en http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-resources/calculator.html#results. (ultimo acceso Noviembre 25, 2011).

Farrell AE, Plevin RJ, Turner BT, Jones AD, O'Hare M, Kammen DM. 2006. Ethanol can contribute to energy and environmental goals. Science 311(5760), 506-508. http://dx.doi.org/10.1126/science.1121416 PMid:16439656

FAO (Food and Agriculture Organization), 2011. Estadísticas forestales. Información en línea disponible en http://faostat.fao.org/site/626/default.aspx#ancor (ultimo acceso, Noviembre 25, 2011).

Flores-Velázquez R, Serrano-Gálvez E, Palacio-Muñoz VH, Chapela G. 2007. Análisis de la industria de la madera aserrada en México. Madera y Bosques 13(1), 47-59.

Gan J, Smith CT. 2006. Availability of logging residues and potential for electricity production and carbon displacement in the USA. Biomass and Bioenergy 30, 1011-1020. http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2005.12.013

Grebner DL, Perez-Verdin G, Sun C, Munn IA, Schultz EB, Matney TG. 2009. Woody biomass feedstocks: a case study on availability, production costs, and implications for bioenergy conversion in Mississippi. In Renewable energy from forest resources in the United States, Eds. B. Solomon, and V. Luzadis, (pp. 261-280). New York, NY: Routledge-Taylor & Francis

Hämäläinen S, Näyhä A, Pesonen H-L. 2011. Forest biorefineries - A business opportunity for the Finnish forest cluster. Journal of Cleaner Production. DOI:10.1016/j. jclepro.2011.01.011. Article in Press.

Hamelinck CN, Van Hooijdonk G, Faaij AP. 2005. Ethanol from lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short, middle, and long term. Biomass and Bioenergy 28, 384-410.

http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2004.09.002

Hammerschlag R. 2006. Ethanol's energy return on investment: a survey of the literature 1990-present. Environmental Science and Technology 40(6), 1744-50. http://dx.doi.org/10.1021/es052024h PMid:16570592

INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía), 2009. Anuario estadistico 2008. Información disponible en línea en la página: http://www.inegi.org.mx/est/contenidos/espanol/sistemas/sisnav/default.aspx?proy=aee&edi =2009&ent=10 (ultimo acceso Noviembre 25, 2011).

Joelsson JM, Gustavsson L. 2008. CO2 emission and oil use reduction through black liquor gasification and energy efficiency in pulp and paper industry. Resources, Conservation and Recycling 52, 747-763.

http://dx.doi.org/10.1016/j.resconrec.2007.11.002

Kim S, Dale BE. 2005. Environmental aspects of ethanol derived from no-tilled corn grain: nonrenewable energy consumption and greenhouse gas emissions. Biomass and Bioenergy 28, 475-489. http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2004.11.005

Lesme-Jaén R, Oliva-Ruiz L. 2010. Potencial energético de los residuos de la industria de la madera en el aserrío "El Brujo" de la empresa Gran Piedra Baconao, para la generación de energía eléctrica a partir de un grupo gasificadormotor de combustión interna-generador eléctrico. Tecnología Química XXX (1), 97-101.

López-Miranda J, Soto-Cruz NO, Rutiaga-Quiñones OM, Medrano-Roldán H, Arévalo-Niño K. 2009. Optimización del proceso de obtención enzimática de azúcares fermentables a partir de aserrín de pino. Revista Internacional de Contaminación Ambiental 25(2), 95-102.

Navar J. 2009. Allometric equations for tree species and carbon stocks for forests of northwestern Mexico. Forest Ecology and Management 257(2), 427-434 http://dx.doi.org/10.1016/j.foreco.2008.09.028

Overend RP. 1982. The average haul distance and transportation work factor for biomass delivered to a central plant. Biomass 2, 75-79. http://dx.doi.org/10.1016/0144-4565(82)90008-7

Perez-Verdin G, Grebner DL, Sun C, Munn IA, Schultz E, Matney TG. 2009. Woody biomass availability for bioethanol conversion in Mississippi. Biomass and Bioenergy 33, 492-503. http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.08.021

Perlack RD, Wright LL, Turhollow AF, Graham RL. 2005. Biomass as feedstock for a bioenergy and bioproducts industry: The technical feasibility of a billion-ton annual supply. Rept. DOE/GO-102005-2135. U.S. Dept. of Energy, Oak Ridge, Tennessee. http://dx.doi.org/10.2172/885984

Samuelson PA, Nordhaus WD. 2010. Economía. Con aplicaciones a Latinoamerica. McGraw-Hill, Mexico, D.F. 716 pp.

Sanchez FG, Carter EA, Klepac JF. 2003. Enhancing the soil organic matter pool through biomass incorporation. Biomass and Bioenergy 24(4), 337-349. http://dx.doi.org/10.1016/S0961-9534(02)00167-8

SEMARNAT (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales). 2011. Registro Forestal Nacional. Archivo digital disponible en http://www.semarnat.gob.mx/temas/gestionambiental/forestalsuelos/Paginas/registroforestalnacional. aspx, (ultimo acceso Noviembre 25, 2011).

SENER (Secretaría de Energía), 2011. Sistema de Información Energética. Disponible en http://sie.energia.gob.mx/sie/bdiController (ultimo acceso Noviembre 25, 2011).

Snow N. 2011. EPA extends E15 waiver to 2001-06 model year cars, trucks. Oil and Gas Journal 109 (5), 20-22.

Solomon BD, Barnes JR, Halvorsen KE. 2007. Grain and cellulosic ethanol: History, economies, and energy policy. Biomass Bioenergy 31(6), 416-425. http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2007.01.023

Solomon BD. 2010. Biofuels and sustainability. Annals of the New York Academy of Sciences 1185, 119-134. http://dx.doi.org/10.1111/j.1749-6632.2009.05279.x PMid:20146765

USDE (U.S. Department of Energy), 2006. Breaking the biological barriers to cellulosic ethanol: A joint research agenda. Rept. DOE/SC-0095. Office of Science and Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, Rockville, Maryland.

Wang M. 2005. Updated energy and greenhouse gas emission results of fuel ethanol. The 15th International Symposium on Alcohol Fuels. September 26-28, 2005. San Diego, CA, USA. Disponible en http://www.transportation.anl.gov/pdfs/TA/375.pdf (Ultimo acceso, Noviembre 25, 2011).

Wyman CE. 1999. Biomass ethanol: Technical progress, opportunities, and commercial challenges. Annual Review of Energy and the Environment 24, 189-226.

http://dx.doi.org/10.1146/annurev.energy.24.1.189

Wyman CE. 2003. Potential synergies and challenges in refining cellulosic biomass to fuels, chemicals, and power. Biotechnology Progress 19, 254-262. http://dx.doi.org/10.1021/bp025654l PMid:12675557

Zavala-Zavala D, Hernandez-Cortez R. 2000. Análisis del rendimiento y utilidad del proceso de aserrío de trocería de pino. Madera y Bosques 6(2), 41-55.




DOI: 10.5424/fs/2012213-02636

Webpage: www.inia.es/Forestsystems