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Evaluación ambiental de la producción de
combustibles fósiles y renovables: avances y
perspectivas
Environmental assessment of fossil and renewable fuels production: progress
and prospects
Yessith Aldair Alzamora Pupo, Pedro Claver Villar Florez, Ángel Darío González-Delgado*
1Facultad de Ingeniería, Arquitectura, Artes y Diseño. Universidad de San Buenaventura, Calle Real de
Ternera # 30 -966, Cartagena, Colombia. Correo-e:[email protected]; [email protected];
RESUMEN
El aumento de la demanda energética mundial ha impulsado el desarrollo de procesos más
eficientes tanto para la producción y utilización de combustibles fósiles, como de
combustibles renovables. Sin embargo, existe un debate a nivel mundial acerca de su
sostenibilidad y los impactos ambientales potenciales de estas tecnologías emergentes y de
la utilización de diversas materias primas para la obtención de biocombustibles. En este
artículo de revisión, se muestran estudios recientes enfocados en la evaluación ambiental de
la producción de combustibles fósiles y renovables enfatizando en estudios que utilizan la
metodología de Análisis del Ciclo de Vida, igualmente se identifican tendencias en la
generación de producción científica en el tema a nivel global, por países y se discute el
panorama latinoamericano, de la misma manera se identifican variaciones metodológicas
desarrolladas como complemento de los ACV y se presentan perspectivas en el tema.
Para los combustibles fósiles, se observó una tendencia a desarrollar ACV de su utilización
más que en su producción, y se identifica potencial investigativo en las evaluaciones
ambientales de la producción en yacimientos no convencionales, adicionalmente ratifica las
menores emisiones que los combustibles renovables presentan con respecto a su referencia
de origen fósil, así como la tendencia en países latinoamericanos de evaluar
ambientalmente con mayor énfasis la producción de biocombustibles impulsada por los
contextos regionales.
Palabras clave: Evaluación ambiental, Análisis del Ciclo de Vida, Biocombustibles,
Combustibles fósiles.
ABSTRACT
The increase in global energy demand has driven the development of more efficient
processes for both production and use of fossil and renewable fuels. However, there is a
worldwide debate about sustainability and potential of these emerging technologies and
environmental impacts of using different raw materials for biofuels production. In this
review article, recent studies focused on the environmental assessment of the production of
fossil and renewable fuels are shown, emphasizing on the methodology of Life Cycle
Assessment. In addition, trends in generation of scientific production worldwide, and Latin
American outlook are identified. In the same way, methodological variations developed as
a complement to LCA and perspectives are presented and discussed.
For fossil fuels, a tendency to develop strokes of use rather than production, and a research
potential in environmental assessments of production in unconventional reservoirs were
identified, revision confirms the coincidence of publications in the lower emissions of
renewable fuels respect to the fossil reference, and the trend in Latin American countries to
perform the assessment of biofuels production processes taking into account regional
contexts.
Keywords: Environmental assessment, Life Cycle Assessment, biofuels, fossil fuels.
1. INTRODUCCIÓN
En un mundo con grandes diferencias en los precios de la energía y con una economía
basada en la producción y comercialización de combustibles fósiles, es necesaria una
enorme cantidad de petróleo para satisfacer la demanda de combustibles para el transporte.
La demanda mundial energética a partir de esta fuente va en aumento, creciendo más de un
30% en un periodo entre 2011 y 2035, donde países de Oriente Medio representan
aproximadamente un 10% de este incremento. No obstante, en países de la OCDE
(Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos), se esperaba una
disminución del porcentaje de participación de los combustibles fósiles en la canasta
energética debido al fortalecimiento de las energías renovables; sin embargo, para el 2014
se observó un leve aumento en la oferta de crudo con respecto a años anteriores [1],
derivado principalmente del aumento en la explotación de yacimientos no convencionales
en Estados Unidos, la desaceleración de la economía en China, quien es un gran
consumidor de commodities, y el sostenimiento de la producción en Oriente Medio [2].
El desarrollo de sistemas energéticos cada vez menos dependientes del uso de combustibles
fósiles es una de las vías de desarrollo sostenible en la actualidad, debido a la gran cantidad
de contaminantes presentes en la atmosfera, a lo cual han contribuido los procesos de
extracción, producción y uso del crudo y sus derivados [3], según información reportada
por el Centro de Análisis de Información sobre Dióxido de Carbono de Oak Ridge
(Tennessee, Estados Unidos), las emisiones de dióxido de carbono, principal causante del
efecto invernadero, provienen en su mayoría de la quema de combustibles fósiles y de la
industria cementera [4]. Asimismo, reportan un incremento de aproximadamente 4’000.000
kt en las emisiones de CO2 a la atmosfera en los últimos 9 años [5]. Expertos de las
Naciones Unidas propusieron eliminar, para el año 2100, el uso de los combustibles fósiles
con el objetivo de evitar un cambio climático perjudicial. Además, señalaron que para el
año 2050, gran parte de la electricidad a nivel mundial debería producirse a partir de
fuentes renovables [6].
Pero no todo lo relacionado con los combustibles fósiles tiene un efecto negativo, ya que
nuevas técnicas de explotación de estos hidrocarburos que buscan garantizar el desarrollo
sostenible de la actividad industrial y buscan permitir un mayor aporte del sector petrolero a
la economía global [7]. Tal es el caso de la producción de petróleo a nivel mundial por la
explotación de yacimientos no convencionales (shale oil y shale gas), mediante técnicas
como el fracking, que para el caso de países con reservas para pocos años como Colombia,
podrían extender la seguridad energética, con el alto compromiso ambiental de garantizar el
uso adecuado del recurso agua [8].
Los biocombustibles, cuya principal ventaja es que provienen de fuentes renovables [9],
hacen parte de la paleta de soluciones a la problemática ambiental que representan los
procesos relacionados con la producción y el uso de los combustibles fósiles, por ello han
tenido una rápida expansión en los últimos años, logrando así que tecnologías
convencionales se actualicen para permitir el uso eficiente de los mismos. Sin embargo,
este gran aumento ha traído otra cantidad de inconvenientes en la etapa de cultivo de
materia prima; entre ellos, emisiones de gases de efecto invernadero, uso de pesticidas, uso
de terreno fértil para cultivos energéticos y agotamiento de otros recursos como el agua, lo
cual deja la incertidumbre de si es factible la sustitución definitiva de los combustibles
fósiles por los obtenidos a partir de fuentes renovables como la caña de azúcar, maíz,
aceites vegetales, etc. [10].
Un estudio realizado por el Instituto de Ciencia y Tecnología del Medio Ambiente de la
Universidad de Barcelona, España, muestra unos impactos negativos desde los puntos de
vista económico, social y medioambiental generados por el uso de los biocombustibles.
Para el caso del Biodiesel, se llevó a cabo un análisis detallado, del cual se concluyó que en
su producción y uso el ahorro de energía y de CO2 no es favorable, ya que la materia prima
utilizada en su producción es obtenida mediante agricultura intensiva, implicando alto uso
de fertilizantes, pesticidas y maquinaria; además, implica una gran demanda de
combustibles fósiles (carbón y petróleo) durante su proceso de producción y transporte
desde y hacia las plantas de procesamiento [11]. En otro estudio reportado por Russi [12],
se muestra que la sustitución del combustible diésel con una mezcla de 5,75% de biodiesel,
que es el valor estipulado en las directrices de la Unión Europea [13], conllevaría a la
disminución de la concentración de hidrocarburos y monóxido de carbono (CO) en un 6% y
3% respectivamente.
Otro problema que presentan los biocombustibles, específicamente los de primera
generación, es la reducción en la disponibilidad de alimentos, trayendo como consecuencia
el incremento en el precio de los mismos. Por ejemplo, el precio del maíz aumentó a su
valor más alto en 10 años en Estados Unidos consecuencia de la gran demanda de etanol
derivado de maíz, y México, el cual es el principal exportador de maíz a Estados Unidos,
resultó aún más afectado pues sus habitantes debieron pagar hasta 30% por encima del
precio promedio por un alimento característico de su canasta familiar [14]. En respuesta a
esta discusión han surgido biocombustibles de segunda y tercera generación, cuya principal
característica diferenciadora es la utilización de cultivos energéticos no comestibles para su
producción [15], otra alternativa estudiada por los investigadores es el aprovechamiento de
todos los componentes de la biomasa disponibles después de la extracción de la fracción
utilizable para producir el biocombustible, como materia prima para la obtención de otros
productos, aplicando el concepto de biorrefinería, entendido como la utilización total de la
biomasa para la obtención biocombustibles y productos de alto valor agregado que no
necesariamente son obtenibles a partir del crudo [16].
De lo anterior, se puede denotar que tanto los combustibles fósiles como los renovables
presentan ventajas y desventajas, por ello se ha hecho necesario desarrollar estudios para
evaluar las alternativas de producción de los distintos tipos de combustibles, con el fin de
analizar los impactos energéticos, económicos, sociales y ambientales que generan cada
uno en sus cadenas de producción. Desde el punto de vista ambiental, es necesario
monitorear los impactos ambientales que generan la explotación, refinación y utilización de
los combustibles fósiles, así como aquellos generados por los procesos emergentes de
cultivo y transformación de las materias primas utilizadas para la producción de
biocombustibles, junto a su uso, con fines comparativos respecto a la referencia fósil [17].
Para este fin, las evaluaciones ambientales brindan información valiosa del desempeño
ambiental de las tecnologías existentes y emergentes de producción y utilización de
combustibles fósiles y biocombustibles. Este tipo de estudios se conocen como
Evaluaciones de Impactos Ambientales (EIA), y consisten en un análisis de las
repercusiones de determinados proyectos, sobre el medio ambiente; su importancia radica
en que es el método más efectivo para concientizar acerca de las agresiones al medio
ambiente y poder conservar los recursos naturales en la ejecución de estos [18]. Las
evaluaciones ambientales se han derivado en análisis más detallados conocidos como los
Análisis del Ciclo de Vida (ACV) que permiten la cuantificación de todas las
consecuencias para el medio ambiente que lleva consigo un proyecto o un proceso
productivo bajo categorías de impacto específicas [19], o en un alcance extendido, la
distribución, uso, tratamiento, reciclado y disposición final de un producto obtenido [20].
Dado este alcance, metodologías como el ACV se utilizan como herramientas de
cuantificación de la sostenibilidad ambiental de la producción y utilización de combustibles
y biocombustibles [21].
El objetivo de este documento, es presentar los avances y perspectivas en la investigación
del impacto ambiental de la producción de combustibles fósiles y renovables, haciendo
énfasis en aquellas publicaciones con mayor relevancia de los últimos años y que utilizan la
metodología de ACV.
2. METODOLOGÍAS UTILIZADAS PARA LA EVALUACION AMBIENTAL
DE PROCESOS
Una evaluación ambiental ofrece un análisis ordenado, replicable y multidisciplinar de
posibles impactos ambientales de una actividad, proyecto u obra presente o futura con
potencial para generar impactos ambientales significativos y cuyo objetivo es ofrecer una
idea de las posibles soluciones para el desarrollo sostenible, dependiente de la protección de
recursos naturales, en el proceso de toma de decisiones [22]. Algunas de las metodologías,
herramientas y técnicas para desarrollar un análisis de los impactos ambientales de procesos
incluyen el algoritmo de reducción de residuos (WAR, por sus siglas en inglés), El método
de minimización de impacto ambiental (MEIM, por sus siglas en inglés), La metodología
AHI, la herramienta EFRAT, el Análisis de Ciclo de Vida, entre otros.
La evaluación ambiental mediante algoritmo WAR permite cuantificar la generación de
impactos ambientales potenciales producto de las actividades de la industria química [23].
Marulanda [23], desarrolló una evaluación ambiental implementando la metodología WAR
con el fin de analizar posibles impactos ambientales de diferentes alternativas de
producción de biodiesel a partir de grasa animal y seleccionar la de mejor desempeño
ambiental. De acuerdo a los resultados obtenidos en este estudio, los bajos impactos
ambientales que se presentaron en la reacción transesterificación pueden deberse a la
reducción de consumo energético en comparación con otros aspectos evaluados como tasas
de flujo másico y composición de vapor del proceso, y a la posible obtención de una mayor
cantidad de combustibles en algunas alternativas de producción debido a la degradación de
glicerol. Paz & Cardona [24], utilizaron algoritmo WAR para la evaluación ambiental del
proceso de producción de etanol por fermentación continua en un biorreactor, demostrando
la influencia de las regiones de estabilidad del biorreactor sobre los impactos ambientales
potenciales del proceso, derivados principalmente de las características de los flujos de
salida.
La metodología AHI (Atmospheric Hazards Index), también puede ser utilizada como una
herramienta para evaluar el potencial de impacto ambiental negativo de las emisiones al
aire de un proceso de producción. En esta metodología, el punto de partida es detectar o
asumir una falla de la planta y luego se evalúan posibles impactos en el medio ambiente
atmosférico. Dichos impactos se estima son provocados por sustancias químicas implicadas
en la ruta donde se presenta el fallo. Todos los impactos asociados a cada sustancia química
se combinan para dar el peligro atmosférico químico (CAH, por sus siglas en inglés) y la
suma de estos en una ruta es el valor de AHI [25]. Gunasekera & Edwards [26], evaluaron
el desempeño ambiental de seis rutas de producción de metil metacrilato, determinando el
AHI de cada una, con el fin de determinar la más amistosa con el ambiente atmosférico.
Las categorías de impacto significativas en este estudio fueron la toxicidad, smog
fotoquímico, acidificación y calentamiento global; teniendo en cuenta los componentes
químicos involucrados en cada ruta. Los autores de este estudio concluyeron que la
metodología AHI puede ser implementada en la evaluación de impacto ambiental de
procesos químicos para fallas presentadas en el proceso y peligros que se puedan presentar
en la operación diaria de la planta.
EFRAT (Environmental Fate and Risk Assessment Tool), es una herramienta
computacional de diseño de procesos que permite estimar impactos ambientales y a la salud
de alternativas de diseño de procesos químicos combinando índices de evaluación de riesgo
y detección de niveles de destino ambiental (disposición de un contaminante químico luego
de ser liberado). EFRAT es usado para evaluar diagramas de flujo de procesos con
simuladores como Aspen HYSYS®, donde la información de utilidad es automáticamente
transferida a EFRAT cuando el diagrama de flujo simulado se encuentre sintonizado con
este [27]. Pawelzik & Zhang [28], hicieron uso de este software para calcular las emisiones
de la producción de etanol a partir de biomasa celulósica a través de sacarificación y co-
fermentación simultanea; y ACV para cuantificar los impactos ambientales de este proceso
simulado con Aspen Plus®. Las emisiones de este estudio fueron estimadas usando la
Calculadora de Emisión al Aire de EFRAT donde se calcularon emisiones de etanol, CO2,
amonio y ácido acético donde para el año 2010 fueron 640,91, 8,72, 0,11 y 497,17 kg/h
respectivamente.
El método de minimización de impacto ambiental (MEIM) usa los principios de ACV
agregando un marco de optimización de procesos químicos. Este método fue propuesto por
Stefanis, Livingston & Pistikopoulos [29], para la producción de monómero de cloruro de
vinilo a partir de etileno en 1995 y en 1996 [30] esta metodología se extiende para incluir
términos de selección de solventes y rutas de síntesis de procesos químicos. Duque,
Barbosa & Novais [31], a través de la MEIM, desarrollaron una EIA con el fin de optimizar
la gestión de recuperación de residuos generados por plantas industriales específicamente
asociados con los niveles de producción y transporte. Resuelto el modelo de optimización,
los autores proponen rutas de transporte y procesamiento óptimas cuyo objetivo es que el
diseño cumpla con las especificaciones y limitaciones ambientales.
3. ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA (ACV) DE COMBUSTIBLES FÓSILES Y
RENOVABLES
Los análisis de ciclo de vida (ACV) son una alternativa para el desarrollo de estudios que
permitan la cuantificación del impacto ambiental de una actividad, pues representan una
herramienta viable para determinar los aspectos ambientales asociados a un producto,
evaluando los impactos potenciales relacionados a las entradas (energía, materias primas,
etc.) y salidas (al aire, agua y suelo) y diversas etapas de un sistema de producción en el
medio ambiente [20].
Un ACV se diferencia de la metodología WAR en el sentido de que esta última solo
considera aspectos de elaboración en el ciclo de vida del producto, sin considerar otros
procesos como obtención de materia prima, distribución, uso, deposición y reciclado que sí
se tienen en cuenta al desarrollar un ACV [23].
Según sea el alcance del estudio, los ACV pueden ser desarrollados de la siguiente forma:
- De la cuna a la puerta, donde la evaluación va desde la fabricación (cuna) a la
puerta de la fábrica (antes de ser transportado a los consumidores) [32].
- De la puerta a la puerta, donde la evaluación se concentra en el aporte de una sola
materia prima en los impactos [33].
- Del pozo a la rueda, especializado en combustibles utilizados en el transporte
automovilístico [34].
- De la cuna a la tumba, desde la fabricación hasta disposición final (tumba) [35].
- De la cuna a la cuna, donde las corrientes de salida del fin de vida del sistema son
consideradas materias primas y/o entradas al mismo sistema o a otro [36].
Recientemente se ha observado una tendencia a integrar estas evaluaciones ambientales con
otras metodologías de evaluación social o económica, ya que permiten un estudio más
amplio de las repercusiones, desde distintos puntos de vista, que tiene la producción de
cualquier bien o servicio, ello dependerá de los objetivos y alcance del estudio [37]. Una de
estas propuestas es el SBLCA (Stakeholder-Based Life Cycle Assessment) que pretende ser
instrumento para implementar y planear proyectos, esta puede utilizarse para analizar
estructuras de grupos interesados o involucrados en un proyecto brindando información de
las consecuencias económicas, sociales y medioambientales asociados a estos. Por otra
parte, está el Costo del Ciclo de Vida (CCV) que es un complemento al ACV donde se
aprovecha el inventario realizado al final para calcular costos [38] y el Análisis del ciclo de
vida exergético (ELCA, por sus siglas en inglés) que combina ACV con análisis exergético
[39].
3.1 PUBLICACIONES RELACIONADAS CON ACV DE PROCESOS DE
PRODUCCIÓN DE COMBUSTIBLES
La Figura 1 muestra el número de publicaciones por año relacionadas con ACV de la
producción de combustibles tanto fósiles como renovables reportadas en la base de datos de
resúmenes y citaciones Scopus, como se puede observar, el aumento de publicaciones en el
tema ha sido exponencial, teniendo su mayor crecimiento entre los años 2006 y 2014, esto
se puede atribuir al aumento en la preocupación por los impactos ambientales de los
procesos de producción de combustibles, el desarrollo de energías alternativas, y el
surgimiento de diferentes metodologías para evaluar impactos ambientales. En 2014,
aparecen reportados un total de 1.297 publicaciones en el tema, donde el 68% de ellas son
artículos científicos.
Figura 1. Numero de publicaciones reportadas en la base de datos Scopus en ACV de la producción de
combustibles [40].
Año
Can
tid
ad d
e p
ub
lica
cio
nes
Un consolidado de los países con mayor número de publicaciones de ACV se muestra en la
Figura 2, donde se muestra que países como Estados Unidos, Italia y China son quienes
encabezan la lista de publicaciones en esta área; se puede observar que Estados Unidos
posee alrededor de 4 veces el número de publicaciones que Italia y China donde la cantidad
de documentos publicados en estos países es similar. Por otra parte se aprecia que el país
suramericano con mayor cantidad es Brasil que posee 4 veces el total de documentos que
Colombia que es el segundo en esta región.
Figura 2. Publicaciones de ACV de la producción de combustibles entre 2004 y 2014 [40].
No obstante, Latinoamérica en general no cuenta con un número semejante a Estados
Unidos de publicaciones, por lo que es pertinente desarrollar más estudios que permitan
tener una base acerca de los impactos ambientales de la producción de combustibles tanto
fósiles como renovables en esta región. Colombia en particular, se encuentra en el top 30 de
países con mayor número de publicaciones en el ACV de la producción de combustibles,
por lo tanto es oportuno observar su panorama investigativo el cual se expone en secciones
posteriores de este artículo.
Al observar el número de publicaciones sobre ACV de procesos de producción de
combustibles por disciplina (Figura 3), se notó una gran participación por parte de
disciplinas como las Ciencias Ambientales, Energía e Ingenierías las cuales tienen un rol
muy importante en el surgimiento de tecnologías, mejoramiento de la eficiencia energética
y desarrollo de procesos limpios. De la figura, se destaca que las Ciencias Ambientales y
Energéticas, presentan el mayor porcentaje de las publicaciones en ACV de este tipo, lo
cual es prueba de la creciente preocupación por los problemas de impactos ambientales y
seguridad energética que enfrenta el mundo.
Paí
s
Cantidad de publicaciones
Figura 3. Porcentaje de publicaciones por disciplina [40].
3.2 ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA DE COMBUSTIBLES FÓSILES
En la mayoría de los casos de estudio, las publicaciones recientes de ACV realizados a los
procesos de producción de combustibles fósiles tienen como objetivo examinar los peligros
potenciales que representan al medio ambiente la generación de energía a base de los
mimos, enfocándose de esta forma en su uso y su producción [41]. Desde la generación de
energía mediante la combustión de carbón para uso doméstico e industrial hasta el uso de
gas de cocina y combustibles para impulsar automóviles, se han desarrollado evaluaciones
ambientales con el fin de medir la huella ambiental que cada uno representa en esta etapa.
Existen en la literatura científica estudios para comparar el desempeño ambiental de
diferentes alternativas al gas natural, como combustibles para cocción, tales como el gas
licuado de petróleo (GLP) y queroseno con carbón, residuos de cultivos y biogás para
encontrar opciones adecuadas para el medio ambiente en zonas rurales y urbanas [42],
mostraron que para el escenario evaluado, los combustibles sosteniblemente más adecuados
para cocción son el biogás y GLP con los impactos ambientales del ciclo de vida más bajos,
con valores de 10,5 kg CO2eq por GJ para biogás, 9,75 kg CO2eq por GJ para GLP, y 8,39 kg
CO2eq por GJ para gas natural [43]. Singh, Gundimeda & Stucki [44], evaluaron, con ayuda
del software SimaPro®, el efecto ambiental que tiene el uso de GLP frente al queroseno,
mostrando que los impactos ambientales que representa el uso de GLP son alrededor de 15
a 18% menores que los correspondientes al queroseno.
Elgowainy et al. [45], desarrollaron una metodología de ACV para calcular la intensidad de
las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), entre otra información como la
eficiencia energética de cada uno de los productos obtenidos en distintas refinerías de
petróleo estadounidenses. Mediante la técnica de programación lineal, analizaron 43
refinerías de las cuales obtuvieron un promedio ponderado de eficiencia energética del GLP
de 90,8% y cuya producción de GEI fue de 6,6 g CO2eq por MJ, más alta que otros
productos evaluados como el jet fuel y diésel que fueron de 2,3 y 4,9 respectivamente y el
más alto índice lo obtuvo la gasolina el cual fue de 7,8 g CO2eq por MJ.
Messagie et al. [46], estudiaron el desempeño ambiental de diversas tecnologías
vehiculares y combustibles, entre ellos, gasolina, diésel, gas natural y GLP mediante un
enfoque “del pozo a la rueda”, cuyo fin fue observar las implicaciones que estos pueden
tener en el cambio climático, efectos en la salud respiratoria, acidificación y daños en su
extracción. Los resultados de esta investigación, muestran que el mayor índice de emisiones
de CO2 lo posee la gasolina con un rango de 129, 170 y 334 g CO2 por km para normativa
Euro 4 y 161, 167 y 290 para la normativa Euro 5 seguido por el GLP con un rango de 155,
218 y 227, diésel Euro 4 con 110, 139 y 255 y diésel Euro 5 116, 155 y 192 y con el menor
índice el gas natural con un rango de 102, 145 y 187 g CO2 por km.
Teniendo en cuenta que la necesidad de transporte es la que representa la mayor demanda
de combustibles alrededor del mundo, encabezada por aquellos de origen fósil, varias
investigaciones se enfocan en el ACV bajo el paradigma “del pozo a la rueda” con el fin de
observar el impacto ambiental de todas las etapas de producción del combustible hasta su
disposición final que se toma como la combustión en el automóvil [47]. Un análisis
detallado para medir las emisiones contaminantes en automóviles de la marca Renault de
acuerdo al Nuevo Ciclo de Conducción Europeo (NEDC), con el fin de cumplir con
normativas europeas de emisiones a la atmosfera, llegó a la conclusión de que la medición
de las emisiones en automóviles de esta línea puede ser adecuada mediante un ACV del
“pozo a la rueda”, además se observó una variabilidad significativa al cambiar de gasolina a
etanol como combustible de estos automóviles [48].
De acuerdo con Gómez & Humphrey [49], alrededor del 28% del consumo de energía se
deben al sector del transporte vehicular en conjunto y que el 17% de ese total es
representado por carros y camiones de uso personal y que además el 20% de las emisiones
anuales de CO2 se deben al consumo de gasolina, en gran parte por estos últimos, en los
Estados Unidos.
Yan & Crookes [50], realizaron un ACV “del pozo al tanque” de combustibles
convencionales y alternativos por automóviles en China; para este estudio se tomó como
referencia a la gasolina, GLP, diésel, gas natural, E10 (90% gasolina convencional y 10%
etanol) y B20 (80% diésel convencional y 20% biodiesel). Concluyendo que el diésel, GLP
y B20 son las alternativas más atractivas en términos de reducción de emisiones de GEI,
además de tener en cuenta otros factores como reducción de uso de combustibles fósiles y
uso de petróleo en comparación con la gasolina y el E10 que ofrece reducciones limitadas.
La Tabla 1, condensa los resultados del trabajo realizado por los autores anteriormente
mencionados.
Tabla 1. Emisiones de GEI, uso de combustible fósil y uso de petróleo de algunos combustibles fósiles y
biocombustibles. Modificado de [50].
Categoría de impacto ambiental
Combustible Fuente Emisiones de GEI,
g CO2eq/MJ
Uso de combustible
fósil, MJF/MJCa
Uso de petróleo,
MJP/MJCb
Gasolina Fósil 89 1,27 1,18
Diésel Fósil 89 1,20 1,13
GLP Fósil 77 1,14 1,09
Gas natural Fósil 80 1,16 0,006
Etanol
Trigo 108 1,01 0,32
Maíz 94 0,88 0,13
Yuca 75 0,64 0,10
Caña de azúcar 50 0,48 0,14
Biodiesel
Canola 25 0,28 0,03
Soya 30 0,31 0,06 a
MJ de combustible fósil consumido por MJ de combustible. b
MJ de petróleo consumido por MJ de combustible.
Puesto que el uso de carbón produce emisiones indeseables como el CO2 (gas de efecto
invernadero), NOx (precursor de lluvia ácida y generador de smog), entre otros como
cenizas, material volátil y vapor de agua, es de suma importancia reducir las huellas
ambientales de la generación de energía a base de carbón [51]. Se ha estimado que la
generación de electricidad a partir de combustibles fósiles emite alrededor de 109 Mt de
CO2 y agota 16,6*1011
MJ de energía fósil primaria al año 2011 [52]. Según Chui, Eddy &
Gao [51], el 75% de la generación de energía eléctrica en China, más del 50% en los
EE.UU. y casi el 40% en el mundo, dependen del carbón.
Atilgan & Azapagic [53], desarrollaron un ACV de la producción de energía a base de
lignito, hulla y gas natural, logrando demostrar que el gas natural posee los índices más
bajos en impacto ambiental, pero las repercusiones que este trae a la capa de ozono son
mayores que las otras dos fuentes, donde el agotamiento de la capa de ozono es 48 veces
mayor que el lignito y 12 veces mayor que la hulla.
Venkatesh et al [54], estimaron mediante un ACV que las emisiones de GEI provenientes
de la producción de carbón son de aproximadamente 96 g CO2eq por MJ con un intervalo
de confianza del 90% oscilante entre 89 y 106 g CO2eq por MJ, además se logró estimar
que las emisiones por parte de la gasolina obtenida a base de carbón por el proceso Fischer-
Tropsch, pueden ser mayores con una probabilidad del 80% que la gasolina producida a
base de petróleo.
Gandrik & Utgikar [55], llevaron a cabo una evaluación técnico-económica y ambiental
utilizando Aspen Plus® y ACV, con el fin de maximizar la integración energética para
reducir las emisiones a la atmosfera de una planta productora de hidrocarburos pesados
como diésel, nafta y GLP a partir de los gases de síntesis, compuestos de CO y H2
provenientes de carbón, mediante reacción Fischer-Tropsch. El estudio consistió en
determinar el impacto ambiental del diésel sintético (producto de los gases de síntesis del
carbón) y el diésel de petróleo mediante un análisis enfocado en su producción y uso (del
pozo a la rueda) el cual mediante su comparación, mostró que la integración del secuestro
de CO2 y la co-alimentación de biomasa al proceso, disminuía las emisiones incluso por
debajo de las producidas por el diésel de petróleo, pero la incorporación de estas técnicas
causa una ligera reducción en la tasa de retorno, sin contar que la incorporación de biomasa
necesita de un aumento en el tamaño de los equipos y disminuye la producción del
combustible debido a su menor contenido calórico y mayor contenido de humedad.
Dincǎ, Badea & Apostol [56], realizaron una minuciosa evaluación ambiental basada en
ACV de carbón, gas natural y petróleo, tanto en su extracción, tratamiento, transporte y
combustión teniendo en cuenta todas aquellas posibles emisiones que se pudieran llevar a
cabo tanto a la atmosfera, como CO2, CH4, NO2, CO y SO2, entre otros, como en el suelo y
agua en estos procesos. De acuerdo la Tabla 2, para el año 2020 la participación del carbón
en la producción de energía aumentará, mientras que para la de gas natural se mantendrá
constante y la del petróleo disminuirá significativamente [56]. También se puede ver, que el
combustible fósil con menores emisiones de GEI es el gas natural, seguido por el carbón y
por último el petróleo quien peor desempeño ambiental presenta; además, las etapas de su
ciclo de vida que mayores emisiones presentan son la combustión seguido por los procesos
de extracción a diferencia del carbón que le sigue el transporte.
Tabla 2. Nivel de producción de energía eléctrica en 2007 y pronóstico para el año 2020 y producción de CO2
de los distintos tipos de combustibles fósiles. Modificado de [56].
Fuente 2007 2020
(Proyección)
Producción de CO2, t/FU
TWh % TWh % Extracción Tratamiento Transporte Combustión
Carbón 20,86 54,90 34,90 76,00 4.570,22 3.101,67 14.036,86 794.388,26
Gas
natural
9,61 25,30 9,50 20,70 39.596,00 26.402,00 440,00 371.471,00
Petróleo 7,53 19,80 1,50 3,30 30.301,00 28.399,00 2.200,00 858.070,00
Los procesos de producción de combustibles a partir de distintas fuentes pueden ser
comparados mediante ACV. En estos estudios, la producción de ambos tipos de
combustibles es contrastada con el fin de medir los efectos ambientales que cada fuente
representa en su cadena [57], sobre todo en este producto que actualmente se comercializa
como mezclas de combustible fósil y renovable [58].
Chua, Lee & Low [59], con el fin de comparar el desempeño ambiental del biodiesel
derivado de aceite usado de cocina y del diésel de bajo azufre, desarrollaron un ACV en
términos de calentamiento global, eficiencia energética del ciclo de vida y razón de energía
fósil utilizada en el transporte, procesamiento de la materia prima y uso del biodiesel y
producción de petróleo crudo, refinación, transporte y uso del diésel de bajo azufre, para
determinar las emisiones por parte de estos dos combustibles en su ciclo de vida y en el
tubo de escape de un vehículo de prueba. Los resultados obtenidos fueron que para el diésel
y biodiesel las emisiones totales de CO2 fueron de 9,41×10-1
y 4,31×10-2
kg CO2 por km
respectivamente con una reducción de aproximadamente 95,42% y en el tubo de escape
5,61×10-1
kg CO2 por km para el diésel y 5,77×10-1
kg CO2 por km para el biodiesel con un
aumento de 2,94%. En otras emisiones calculadas, en general el biodiesel presento una
reducción significativa, como por ejemplo: 99,99% de reducción de SO2, 97,95% en NOx,
96,08% en N2O, 90,54% en CO, 99,99% en material particulado PM2,5 y PM10, 91,52 en
componentes orgánicos volátiles distintos al metano (NMVOC, por sus siglas en ingles) y
82,28% en CH4; aunque presentó aumentos insignificantes en las emisiones de CO2 y NOx
que fue de 3,02% en el tubo de escape, el biodiesel es una alternativa ambientalmente
beneficiosa a usar en el transporte automovilístico.
González, García & Hospido [60], también desarrollaron un ACV “del pozo a la rueda”
comparando el impacto ambiental del biodiesel, obtenido de la transesterificación del aceite
de canola, con el diésel convencional, obteniendo que, utilizando B100 (biodiesel al 100%)
en lugar de diésel a base de petróleo, se reduciría el uso de energía no renovable en un 20%,
las emisiones de GEI un 74% y el agotamiento de la capa de ozono un 44% pero
aumentaría la acidificación 59%, la eutrofización 214%, el smog fotoquímico en 119% y la
competencia por tierra fértil.
Luo, Van Der Voet & Huppes [61], realizaron un ACV comparativo entre el etanol, a base
de caña de azúcar y bagazo, y la gasolina como combustibles independientes y en mezcla
E10 (10% etanol y 90% gasolina) y E85 (85% etanol y 15% gasolina). Este análisis incluyó
la producción de gasolina, caña de azúcar, etanol y de E10 y E85 y el uso de gasolina.
Arrojando como resultado que al sustituir la gasolina por combustibles de etanol, las
emisiones de GEI disminuyen en un 81%. A pesar de esto, las emisiones de GEI de la
producción de etanol a partir de bagazo fueron muy elevadas, tanto así que los autores
afirman que sería ambientalmente más rentable quemar el bagazo y producir energía del
mismo, pues se estimó que mientras el etanol a base de caña de azúcar emitía alrededor de
0,06 kg de CO2eq, el producido a partir de bagazo emitía 0,18 kg de CO2eq
aproximadamente casi el valor de la gasolina que fue de 0,24 kg de CO2eq.
Bai, Luo & Van Der Voet [62], por su parte aplicaron la misma metodología para evaluar el
impacto de sustituir a la gasolina por etanol obtenido a partir de pasto varilla en una mezcla
E10, E85 y etanol al 100%, consiguiendo como resultado que al conducir un automóvil de
mediano tamaño con E85 reduce el potencial de calentamiento global en un 65%, mientras
que con E10 se consigue una reducción de 5% en comparación con la gasolina. Sin
embargo el etanol presentó altos rangos en cuanto a potencial de toxicidad humana (PTH),
ecotoxicidad (PET), acidificación (PA) y eutrofización (PE), pues recorrer 1 km utilizando
E100 como combustible produjo como PTH 3,22×10-2
kg de 1,4-Diclorobenzeno, PET
6,33×10-4
kg de 1,4-Diclorobenzeno, PA 7,52×10-4
kg de SO2 y PE 2,69×10 -4
kg de PO4.
3.3 ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA DE COMBUSTIBLES RENOVABLES
Investigaciones recientes en la evaluación ambiental de los combustibles renovables,
muestran que en su mayoría estos análisis son realizados en la producción de
biocombustibles usuales como el biodiesel y etanol de distintas fuentes y tecnologías de
obtención [63]. Tal es el caso de un estudio realizado en España, cuyo fin era identificar las
altas contribuciones a los impactos ambientales por parte de la obtención de
biocombustibles mediante tecnologías como la pirolisis rápida y el hidrotratamiento. Peters,
Iribarren & Dufour [64], a partir de una simulación hecha en Aspen Plus®, utilizando como
materia prima biomasa lignocelulosica, y ACV, llegaron a la conclusión de que la mezcla
de biocombustible obtenida, tiene un ahorro en los GEI de 54,5% frente a la gasolina y
diésel convencionales.
Amores et al [65], implementaron un ACV del proceso de obtención de etanol a partir de la
caña de azúcar, con el objetivo de identificar los principales impactos ambientales en
diferentes vías para producir el combustible. Estos estudiaron tres líneas de producción,
donde se evaluaron categorías de impacto ambiental como potencial de calentamiento
global, potencial de acidificación, potencial de eutrofización y oxidación fotoquímica,
dando como mayor impacto el calentamiento global, obteniendo que para 1 kg de etanol
producido se emiten 22,5 kg de CO2 para la línea 1, 19,2 kg de CO2 para la línea 2 y 15,0
kg de CO2 para la línea 3.
Rocha et al [66], evaluaron el impacto ambiental del ciclo de vida del sistema de
producción biodiesel a partir de dos fuentes diferentes y lo compararon con el impacto
ambiental del proceso de producción de etanol, ambos para el mismo uso y cuya base fue 1
MJ de energía liberada por su combustión. Mediante un enfoque “de la cuna a la puerta”
utilizando la herramienta computacional SimaPro®, cuantificaron el potencial de
agotamiento de recursos abióticos (PAA), potencial de calentamiento global (PCG), de
toxicidad humana (PTH), de acidificación (PA) y de eutrofización (PE) del proceso de
producción de biodiesel a partir de soya y aceite de palma y de etanol a partir de caña de
azúcar. La Figura 4 expone un promedio de los rangos de impactos ambientales, obtenidos
en este estudio, para cada biocombustible en sus diferentes categorías, en esta se observa
que la producción de biodiesel a partir de soya representa mayores impactos ambientales
que su equivalente a partir de aceite de palma y que el etanol de caña de azúcar, quien
mostró un mejor desempeño ambiental. Por otra parte, se aprecia que las categorías PA, PE
y PAA son insignificantes en comparación con la categoría PCG en la cual se presentaron
los mayores impactos ambientales. Por otra parte, en el caso del biodiesel existen ciertas
diferencias entre sus fuentes de obtención, esto puede deberse a que lo procesos de
tratamiento y acondicionamiento de la materia prima además de los requerimientos de estos
cultivos son distintos; en cuanto a la soya, esta presentó mayor impacto ambiental que el
aceite de palma.
Figura 4. Impactos ambientales potenciales de la producción de etanol y biodiesel de distintas fuentes de
obtención (Basada en información reportada por Rocha et al [66]).
Spina et al [67] investigaron los impactos ambientales y humanos de la producción de
biodiesel a partir de soya a través de la integración de ACV y análisis de riesgo (AR), con
el objetivo de evaluar la aceptabilidad del proceso, concluyendo que los más altos índices
de riesgo están asociados a las emisiones de óxidos de nitrógeno y amoniaco al aire durante
la fase de cultivo, por uso de fertilizantes o abono orgánico, además del amoniaco presente
emisiones al agua, causando posibles impactos tóxicos a la salud humana.
Winden et al [68], integraron la evaluación ambiental y con análisis económico, con el fin
de valorar los daños ambientales y riegos a la salud humana asociados a la producción de
etanol a partir de maíz y celulosa y comparándolo con la gasolina. Los resultados obtenidos
de este estudio fueron que el suplir una mezcla E85 de almidón de maíz por gasolina,
producen descensos en los costos ambientales y de salud de $1,23 USD por galón y que la
basada en celulosa produce una disminución leve entre $0,04 y $0,06 USD por galón
relacionado con la gasolina.
Zhao, Wen & Rosentrater [69], complementaron un ACV con un análisis tecno económico
a un sistema de producción hibrido de biomasa y biodiesel de alga, con el fin de proveer
una guía para escoger los parámetros óptimos tanto económicos como ambientales para el
tratamiento de la materia prima. El ACV desarrollado en este estudio sólo se enfocó en
determinar el consumo y producción de energía y la cantidad de agua usada y el análisis
tecno económico hizo énfasis en los costos totales y ganancias anualizadas y por galón de
biodiesel producido. Los resultados de este análisis fueron que a gran escala la energía
consumida fue de 58,57×107 MJ/año, la energía producida 35,52×10
8 MJ/año, el uso de
agua fue 42,12×105 t/año, mientras los costos totales anualizados fueron $74,40×10
7
USD/año y las ganancias $20,49×109 USD/año para una tecnología de fermentación en
continuo. Esta investigación concluyó que era más rentable utilizar un fermentador de
perfusión ya que este presentó menor impacto ambiental y mayores ganancias.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
PAA, kgSbeq/MJ(×10^2)
PCG, kgCO2eq/MJ
(×10^0)
PTH, kg1,4DCBeq(×10^1)
PA, kg SO2eq(×10^2)
PE, kg PO4-3(×10^3)
Val
or
Categorías de Impacto
Etanol/Caña
Biodiesel/Soya
Biodiesel/Palma
PTH, kg 1,4DCBeq/MJ (×10^1)
PA, kg SO2/MJ (×10^2)
PE, kg PO4-3/MJ (×10^3)
Así mismo, la producción de biocombustibles a partir de diversas materias primas tales
como soya [70], algas [71], jatrofa [72], microalgas [73], canola [60], palma africana [74],
maíz [75], biomasa lignocelulosica [76], remolacha [77], entre otros, también han sido
evaluados mediante ACV, coincidiendo todos en la alta demanda de recursos naturales
como el agua [78], y en las discusión de algunos aspectos socio-económicos relacionados
como la seguridad alimentaria [79]. Sin embargo, un caso de estudio particular en
Argentina, consistente en la evaluación detallada del consumo de agua lo largo de la cadena
de producción de biocombustibles integrada en un ACV, demostró que el consumo de este
recurso no varía mucho en cultivos de remolacha y está aproximadamente en el mismo
rango que los combustibles fósiles como la gasolina, pero su consumo se ve dominado por
la etapa de riego. En el mismo estudio se muestra que por el contrario, en cultivos de
canola, el impacto ambiental se duplicó debido a la escasez de agua en la zona evaluada,
constituyéndose en un factor significativo del análisis [80].
3.4 PANORAMA LATINOAMERICANO
Los Países latinoamericanos se destacan como generadores de estudios de ACV en la
producción y uso de biocombustibles de diferentes fuentes y tecnologías de obtención [81].
En Suramérica, Brasil y Colombia son quienes lideran las investigaciones en EIA de la
producción de combustibles, donde la mayor parte de estos están dirigidos solamente a la
producción de combustibles renovables [40]. Algunos estudios realizados en estos países
están enfocados en la evaluación ambiental de distintas alternativas de producción de
biodiesel y etanol a partir de diferentes cadenas de suministro agrícola, tal como el
propuesto por Yañez et al [82], donde se realiza una evaluación ambiental centrada en los
balances de energía de la producción de biodiesel a partir de aceite de palma en el contexto
de Brasil y Colombia con el objetivo de generar una base sobre la sostenibilidad y el
carácter renovable del biodiesel de aceite de palma. Obteniendo que en Colombia el
consumo de energía es mayor en la etapa agrícola con un uso energético de 3,545 MJ/kg de
biodiesel frente a Brasil con 2,936 MJ/kg de biodiesel, donde Colombia tiene mayor gasto
en uso de fertilizantes, herbicidas y sistemas de riego mientras Brasil tiene mayor gasto en
uso de combustible, mano de obra y equipamiento. Por otra parte, en la etapa de extracción
de aceite, el uso de energía mayor para Brasil con 2,333 MJ/kg de biodiesel cuyos
principales impulsores fueron infraestructura, equipos y uso de electricidad, mientras en
Colombia fue de 0,915 MJ/kg de PME con mayor consumo en uso de vapor y transporte de
combustible. Por último, los autores presentan el consumo en la etapa de producción del
biocombustible como tal donde Brasil posee 5,861 MJ/kg de biodiesel y Colombia 5,857
MJ/kg de biodiesel.
Valencia & Cardona [83], emplearon una evaluación ambiental a varios escenarios
implicados en la producción de biocombustibles a partir de caña de azúcar, yuca, aceite de
palma y jatrofa en Colombia, con el fin de determinar las emisiones de GEI y otros
impactos ambientales potenciales utilizando un enfoque en ACV mediante el método del
algoritmo WAR. Este estudio dio como resultados que el etanol obtenido a base de caña de
azúcar presentó emisiones de 16,04g CO2eq/MJ, mientras que las emisiones por parte del
etanol a partir de yuca variaron entre 5 y 41 g CO2eq/MJ, aunque los autores afirman que si
se logra una integración energética adecuada entre las corrientes del proceso, las emisiones
podrían llegar a ser de 5 g CO2eq/MJ implicando un 100% de energía, lo cual es imposible,
por ello estos indican que el promedio en emisiones de GEI para este es de 23 g CO2eq/MJ,
un 31% más alto que el de caña de azúcar. Por otra parte, para el biodiesel de aceite de
palma las emisiones fueron de 11,56 g CO2eq/MJ y al el biodiesel de jatrofa le corresponden
29,16 g CO2eq/MJ. Los autores concluyeron que en Colombia, las emisiones de estos
biocombustibles, fueron más altas que las de combustibles fósiles como la gasolina y el
diésel pues estos presentan un impacto ambiental de 10,3 y 10,5 g CO2eq/MJ
respectivamente y esto sin incluir su uso.
Martínez, Acevedo & Kafarov [84], aplicaron ACV “del pozo al pozo” a la producción de
biodiesel a partir de palma africana, cuyo proceso de producción incluía etanol
lignocelulosico como agente en la reacción de transesterificación, el etanol es producto de
los residuos celulósicos resultantes de la extracción del aceite de palma en Santander –
Colombia. Utilizando SimaPro®, obtuvieron que la distribución y uso del biocombustible
en cuestión representan mayores impactos ambientales que su producción, por ejemplo en
la categoría de impacto ambiental, el uso del biocombustible representa un 70% de las
emisiones de CO2 mientras en las actividades de agricultura se reporta una disminución del
30% y en la formación de smog y uso de energía no renovable representa el 100%.
Peralta et al [39], desarrollaron un análisis exergético del ciclo de vida aplicado a seis
escenarios de extracción y transesterificación de aceite de microalgas para la producción de
100.000 t/año de biodiesel, con el fin de calcular la pérdida de exergía, eficiencia del
proceso y perfil ambiental, concluyendo que los biocombustibles de tercera generación son
fuentes de energía potenciales, pero muestran que es necesario el empleo de mejoras
técnicas en los procesos de producción para aumentar la eficiencia exergética y reducir los
impactos ambientales.
Pardo et al [85], compararon el desempeño ambiental de tres métodos de producción
basados en tres tecnologías diferentes de extracción con solventes: método 1, hexano (HE);
método 2, metanol/cloroformo (MCE) y método 3, etanol/hexano (EHE). El uso del
software SimaPro® ayudó a estimar las emisiones ambientales asociadas a estos procesos,
obteniendo como resultado que en la producción de biodiesel, las emisiones de GEI se
derivan normalmente al uso de combustible fósil en la etapa de extracción del aceite; estas
fueron: HE, 0,75 kg CO2/kg de aceite extraído; MCE, 1,50 kg CO2/kg de aceite extraído y
EHE, 3,00 kg CO2/kg de aceite extraído. Los autores concluyeron que el método 3 fue
quien mayores emisiones de GEI presentó debido principalmente al uso de etanol con un
porcentaje de contribución de 74,68%. En cuanto a las emisiones de GEI asociadas al
consumo de energía no renovable (g CO2-eq/MJ), los autores afirman que los métodos 1 y 2
son las técnicas más adecuadas según el Criterio de Sostenibilidad Europeo, pues estas
presentan una reducción en las emisiones totales de 156% y 99% respectivamente, mientras
el método 3 presentó una reducción del 14%.
Ojeda et al [86], con el fin de evaluar el impacto ambiental de una materia prima potencial
para la producción de etanol de segunda generación como es el bagazo de caña de azúcar,
compararon el desempeño ambiental de cuatro tecnologías de biorrefinación (dependiendo
de la composición química del bagazo) sobre una tasa de producción de 1.200 t/día de
etanol mediante ACV y análisis exergético. En general, los resultados mostraron que el
mayor efecto está en el cambio climático, este principalmente se debe al consumo de
energía, de los casos el que menor impacto ambiental mostró, tenía un efecto negativo en la
salud humana y efectos respiratorios altos. Para reducir estos impactos, los autores
proponen la aplicación de tecnologías de tratamiento de residuos y reciclado de masa.
Además, estos concluyen que el ACV combinado con el análisis exergético puede
suministrar información tanto cuantitativa como cualitativa en cuanto a mejoras en el
proceso e impactos ambientales de la producción de biocombustibles de segunda
generación.
Souza, de Ávila & Pacca [87], llevaron a cabo tres estudios de ACV “del pozo a la puerta”
en paralelo, uno para un sistema de producción de etanol a partir de caña de azúcar, otro
para biodiesel de aceite de palma y el ultimo para un sistema de producción conjunta de
etanol y biodiesel de las mismas fuentes mencionadas considerando las condiciones
productivas de Brasil esto con el fin de comparar los impactos ambientales del sistema
tradicional de producción de etanol con el sistema de producción conjunta. Esto dio como
resultado que el consumo anual total de energía por hectárea de cultivo fue de 20
GJ/ha*año para el sistema tradicional 42% mayor que el consumo del sistema conjunto que
fue de 11,6 GJ/ha*año. Además, las emisiones de GEI fueron de 3,23 Mg CO2eq/ha*año o
428 kg/m3 de etanol para el tradicional y 2,50 Mg/ha*año o 0,352 Mg/m
3 de etanol, la
reducción en las emisiones de GEI fue aproximadamente del 23%. Los autores concluyeron
que el integrar dos procesos de producción de biocombustibles, puede hacer que el impacto
ambiental disminuya radicalmente.
Caldeira et al [88], realizaron una caracterización de los impactos ambientales y
económicos de la producción de etanol de caña de azúcar de primera y segunda generación,
con el fin de medir la sostenibilidad de las biorrefinerías para la producción de combustible
en Brasil. Para 1 kg de etanol producido, los resultados del ACV implementado arrojaron
que la cogeneración de energía en la etapa de extracción de jugo de caña en la producción
del combustible, fue la responsable del mayor impacto en PCG con 0,94 kg CO2eq, sin
embargo la etapa de cosecha posee los más altos rangos de emisiones de GEI que va desde
0,10 a 14,84 kg CO2eq/kg de etanol producido.
Rodrigues et al [89], implementaron la metodología de ACV con el objetivo de evaluar el
balance de las emisiones de GEI tras el proceso de extracción de aceite de palma destinado
a la producción de biodiesel al norte de Brasil, enfocándose en las etapas de cultivo de
palma y extracción del aceite, encontrando que el mayor impacto en PCG está en la
extracción del aceite con un 48,1% de incidencia, seguido por la etapa de agricultura con
47,0%, y los menores son la producción de biodiesel y la generación de energía con
porcentajes de 0,3 y 0,1% respectivamente donde el total de CO2 liberado fue de 595,15 kg
por cada 1.000 kg de aceite de palma producido.
Cavalett et al [90], desarrollaron un análisis económico y ambiental de plantas de
procesamiento de caña de azúcar para la producción de etanol, azúcar y bioelectricidad en
Brasil utilizando simulación computacional y ACV con herramientas computacionales
como Aspen Plus® y SimaPro®. En este estudio, los autores evaluaron 4 escenarios de
producción de etanol, uno era una planta, anexados los procesos de producción de etanol,
azúcar y bioelectricidad, la cual se evaluó normal y optimizada; y una planta autónoma,
donde solo se producía etanol, también normal y optimizada. La evaluación ambiental,
cuyo enfoque fueron los procesos de producción agrícola, transporte y conversión industrial
y categorías evaluadas fueron agotamiento de PAA, PCG, PTH, PA, PE, potencial de
agotamiento de capa de ozono (PACO), ecotoxicidad acuática de agua fresca (ETAAF), de
agua marina (ETAM), ecotoxicidad terrestre (ETT) y potencial de oxidación fotoquímica
(POF), arrojó como resultados que la categoría con mayores índices de impacto fue la PA,
seguida por ETAM, ETT y POF, donde la mayor influencia en los resultados fue la etapa de
producción agrícola y el transporte de la caña de azúcar excepto para la categoría de POF
que estuvo influenciada por los procesos de biorrefinación. Los autores concluyeron, que si
solo se tiene en cuenta los procesos de biorrefinación, el impacto ambiental reduce en todas
las categorías excepto POF, es decir que en la producción de biocombustibles las etapas
posteriores al procesamiento industrial son quienes peor desempeño ambiental poseen.
CONCLUSIÓN
El panorama actual en cuanto al uso de la metodología del ACV para el desarrollo de
evaluaciones ambientales es favorable, en la medida que se han logrado los objetivos de
medir los impactos potenciales de las diversas tecnologías de producción, extracción y uso
de fuentes de energía fósil y renovable, y proponer alternativas para mejorar estos procesos
con el fin de disminuir las emisiones de GEI provenientes de los procesos asociados. En el
caso de los combustibles fósiles, se observó una tendencia a desarrollar ACV de su
utilización donde la necesidad de automoción es uno de los principales implicados en la
contaminación ambiental, perfilándose el GLP, diésel y gas natural como las alternativas
ambientalmente más atractivas de acuerdo a sus índices bajos de emisiones a la atmosfera,
en el caso del gas natural, se proyecta una participación constante en la canasta energética.
Adicionalmente, se espera que el surgimiento de evaluaciones ambientales de nuevas
tecnologías de extracción de crudo y su posicionamiento como tendencia investigativa.
En cuanto a los combustibles renovables, todos los estudios reportados muestran una
reducción significativa en las emisiones de GEI respecto al uso de sus equivalentes de
origen fósil, sin embargo los impactos ambientales se incrementan a medida que se amplía
el alcance de estudio de ACV de estos, pues estos estudios han demostrado que son
mayores las emisiones de GEI en la etapa agrícola que en la etapa de producción del
combustible debido al transporte de la materia prima cultivada desde y hacia la planta de
producción, entre otros impactos ambientales ubicados en categorías como PAA, PTH,
PET, PA y PE, pues el uso de fertilizantes, pesticidas, grandes cantidades de agua para
riego del cultivo y maquinaria destruyen otros recursos, esto para los biocombustibles de
primera generación. Por otra parte, los biocombustibles de segunda generación tienen un
mejor desempeño ambiental, pero en vista de que su proceso de extracción es más
complejo, el gasto energético es mayor y por ende los efectos ambientales que esta
actividad trae son grandes; autores de distintos estudios proponen que la mejora tecnológica
de los procesos de extracción y la integración energética de los procesos implicados pueden
disminuir este impacto.
Para un futuro, es necesario realizar mejoras en los procesos de cultivo, transporte y
procesado de materia prima para la producción de biocombustibles, ya que para que estos
sean una verdadera solución a los problemas ambientales que presenta el planeta
actualmente gracias a los combustibles fósiles, los impactos ambientales provenientes de
esta actividad industrial deben reducirse. En el contexto latinoamericano, Brasil y
Colombia encabezan la lista de países con mayor número de publicaciones en esta área,
enfocadas en su mayoría a los combustibles renovables, Se espera que la tendencia
creciente hacia investigaciones en este tema se mantenga debido a la pertinencia de los
desarrollos energéticos y medioambientales con los documentos estratégicos de los países y
al aumento del número de investigadores con formación de alto nivel derivado de
estrategias educativas instauradas por los gobiernos de la región. También es de esperarse
una variación de la brecha entre el número de publicaciones de países del top 3 con
respecto a países latinoamericanos.
GLOSARIO DE ABREVIATURAS Y TÉRMINOS
ACV Análisis del ciclo de vida
AHI Índice de peligros atmosféricos
CAH Peligro atmosférico químico
EFRAT Herramienta de evaluación de destino y riesgo ambiental
EIA Evaluación de impactos ambientales
ETAAF Ecotoxicidad acuática de agua fresca
ETAM Ecotoxicidad acuática de agua marina
ETT Ecotoxicidad terrestre
GEI Gases de efecto invernadero
GLP Gas licuado de petróleo
MEIM Método de minimización de impacto ambiental
NMVOC Componentes orgánicos volátiles distintos al metano
PA Potencial de acidificación
PAA Potencial de agotamiento de recursos abióticos
PACO Potencial de agotamiento de la capa de ozono
PCG Potencial de calentamiento global
PE Potencial de eutrofización
PET Potencial de ecotoxicidad
POF Potencial de oxidación fotoquímica
PTH Potencial de toxicidad humana
WAR Algoritmo de reducción de residuos
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