APLICACIN DE LA METODOLOGA ANLISIS DE CICLO DE VIDA CON EL PARADIGMA DE LA CUNA A LA CUNA A LA

PRODUCCIN DE BIODIESEL A PARTIR DE PALMA AFRICANA EN COLOMBIA

Andres F. Castaeda, Javier M. Flrez y Paola Andrea Acevedo Pabn Universidad Industrial de Santander

Email: afxtoke@gmail.com, javier_florez@hotmail.com paolaacevedo@gmail.com

Resumen. Esta ponencia contiene un estudio realizado para la zona de Puerto Wilches (Santander), palmera desde hace dcadas. Se utiliza la metodologa Anlisis de Ciclo de Vida (ACV) contemplada dentro las normas ISO 14040 e ISO 14044 de 2006 con el nuevo paradigma de la cuna a la cuna. En el ciclo de vida (CV) se incluyen las etapas: cultivo, cosecha, postcosecha, beneficio y preparacin de los frutos, procesos de extraccin del aceite, esterificacin y purificacin del biodiesel; se incluyen las etapas de uso del biodiesel en automotores y de la glicerina para algn propsito; adems de la disposicin final de residuos slidos, emisiones y descargas lquidas de todas las etapas; el ciclo del carbono se cierra con la reincorporacin de gases (CO2) a los cultivos va fotosntesis. Las categoras de impacto que se evaluaron en este estudio son: cambio climtico, acidificacin, eutrofizacin, formacin de oxidantes fotoqumicos, efectos respiratorios y energa no renovable dando como resultado el perfil medioambiental a partir del cual se planteen soluciones orientadas a la reduccin del consumo de energa y emisiones generadas a lo largo del CV del biodiesel obtenido a partir de aceite de palma para el escenario especfico de Puerto Wilches.

Palabras claves: ACV, Biodiesel, Emisiones, Palma, Impacto ambiental

1. Introduccin

Los sistemas naturales han sido la fuente de recursos y sumideros de residuos, percibidos durante mucho tiempo como ilimitados; en la medida en que la poblacin mundial fue aumentando y los procesos de explotacin alcanzaron escalas industriales, se intensific el uso de la naturaleza sin que los flujos desde y hacia ella fueran incluidos en los balances msicos y energticos, hasta el punto de que se estn detectando en forma tarda los graves problemas ambientales de los modelos y prcticas de desarrollo y crecimiento de la poblacin humana. El petrleo como fuente de combustibles durante un tiempo percibida como abundante y hasta ilimitada, a pesar de reconocerla desde su descubrimiento como no renovable, hoy muestra dramticamente su escasez, su alta participacin en la contaminacin atmosfrica y la necesidad de buscarle sustitutos renovables; muchas alternativas se proponen y entre ellas los alcoholes carburantes, biodiesel, celdas de combustible, celdas solares, etc. Colombia a travs de maniobras gubernamentales ha propuesto convertirse en pas exportador de biocombustibles pero para alcanzar tal fin an le hace realizar muchos estudios, investigaciones y ejecutar proyectos que apliquen el modelo de desarrollo sostenible. Para tal fin, en el mundo se han desarrollado instrumentos analticos y de gestin, orientados a incluir la variable ambiental y los flujos desde y hacia la naturaleza en los balances, con el nombre y categora genrica de impacto ambiental, en las cuentas, en los criterios sobre proyectos e inversiones y en la toma de decisiones. La metodologa Anlisis de Ciclo de Vida (ACV) es la que proponemos utilizar para

analizar los casos colombianos dado que trata los aspectos ambientales e impactos potenciales a lo largo de todo el ciclo de vida de un producto (biodiesel para este caso) desde la adquisicin de la materia prima pasando por la produccin, uso, tratamiento final, reciclado, hasta su disposicin final (es decir desde la cuna hasta la tumba) y adems es una metodologa que se encuentra estandarizada en las normas ISO 14040 y 14044 del 2006. Sin embargo, el ACV posee algunas limitaciones: es arbitraria la cuna y la tumba del producto, no se cierran los flujos de materia y energa y, cada anlisis es vlido solo para el escenario de referencia. Las dos primeras limitaciones se superan con el nuevo enfoque: de la cuna a la cuna, y al conservar la tercera limitacin se podrn comparar resultados de ACV de la cuna a la cuna con otros logrando de esta manera identificar cules son los mejores escenarios colombianos para la produccin de Biodiesel.

2. Metodologa

La metodologa utilizada para la realizacin del presente estudio se bas en ACV de la cuna a la tumba descrita en las normas internacionales ISO 14040 y 14044 versin 2006. Segn la ISO 14040 (2006), el ACV es una recopilacin y evaluacin de las entradas, las salidas y los impactos ambientales potenciales de un sistema del producto a travs de su ciclo de vida y el ciclo de vida (CV) son las etapas consecutivas e interrelacionadas de un sistema del producto, desde la adquisicin de materia prima o de su generacin a partir de recursos naturales hasta su disposicin final.

En el ACV de la cuna a la cuna lo que se hace es incluir en el CV todas las etapas que sean necesarias para volver al punto de partida sin modificar las reglas y caractersticas del ACV descrito en las normas ISO.

De acuerdo con la normativa ISO 14040 un estudio de ACV est compuesto por cuatro fases: definicin del objetivo y alcance, anlisis de inventario, evaluacin del impacto e interpretacin de resultados. Estos cuatro elementos no solo son secuenciales, sino tambin son iterativos entre s.

2.1 Definicin de objetivos y alcance del estudio

El propsito de este estudio fue examinar la sostenibilidad ambiental del sistema de produccin del biodiesel a partir del aceite de palma a travs de la tcnica de ACV mediante la metodologa de la cuna a la cuna con la que se pretendi integrar los ciclos biogeoqumicos de la naturaleza junto con los modelos correspondientes a cada una de las etapas del proceso. La funcin del producto fue servir como combustible para un vehculo que trabaje con mezclas de diesel de origen fsil y vegetal B10 tomando como unidad funcional la capacidad de produccin de la planta de biodiesel (80.000 ton/ao).

Los sistemas involucrados en el ACV del biodiesel fueron: actividad agrcola e integracin de los ciclos biogeoqumicos, extraccin del aceite, transesterificacin del aceite y distribucin y uso del biocombustible.

Por otra parte, se tomaron 60 aos como horizonte temporal y un nico escenario para el anlisis constituido por sabana como tipo de terreno en la localidad de Puerto Wilches y cultivo de palma tipo Irho, Papua y Costa Rica por ser las variedades presentes en la zona. Adems, no se tuvo en cuenta la etapa de construccin ni el mantenimiento de la infraestructura de la planta, no se incluyeron factores econmicos, factores sociales, y fenmenos naturales catastrficos. Para el caso de los insumos empleados en el proceso diferentes a los provenientes de la cadena palma, se estableci una cuna y una tumba. Ciertos impactos ambientales no fueron cubiertos en su totalidad, debido a la dificultad en la recoleccin de datos para las condiciones locales. Siguiendo la metodologa reportada por Antn (2004), para la evaluacin de los diferentes impactos se tuvieron en cuenta las siguientes categoras: cambio climtico, formacin de oxidantes foto-qumicos, acidificacin, eutrofizacin, efectos respiratorios y energa no renovable teniendo en cuenta que no se desestimaron datos, pero, se reconoce el grado de incertidumbre inherente a ellos.

Para los procesos en los cuales no se encontraron datos primarios, se recurri al uso de datos de fuentes ya publicadas. Para el caso de las emisiones resultantes y de la energa consumida en los procesos de produccin de los insumos, electricidad, y vapor, al igual que los gases de combustin provenientes de los diferentes medios de transporte empleados en las distintas etapas del estudio, se colectaron los datos de fuentes tales como Lechn, 2006; Sheehan et al., 1998; Sinha & Haldar, 2006; Universidad de Chile, 2007; EPA, 2004; ECETOC, 1994.

2.2 Anlisis de Inventario

En esta etapa del ACV se contabilizaron los flujos ambientales y energticos de las diferentes materias primas y procesos involucrados en el ciclo de vida del biodiesel obtenido a partir de aceite de palma mediante el desarrollo de los balances de masa y energa. Para la recoleccin de los datos, el ciclo de vida del biodiesel se dividi en cuatro etapas que fueron mencionadas anteriormente.

Actividad agrcola e integracin de los ciclos biogeoqumicos. En la etapa de la actividad agrcola se involucr la identificacin y contabilizacin de los flujos ambientales y energticos asociados con la produccin de los racimos de fruta fresca (RFF), y se tuvo en cuenta todas las labores relacionadas con la parte agrcola, as como todos los procesos de produccin y transporte de los insumos. Para esto se consider que el terreno en el cual se desarroll el cultivo es un terreno franco arcilloso con alta acidez. Adems, no se realiz rotacin con otro cultivo. Durante el tiempo de estudio del ACV se estableci que el terreno sera productivo durante los sesenta aos ya que se supone el reemplazo del cultivo de una forma inmediata. Adicionalmente, no se consideraron efectos por el uso de agroqumicos (herbicidas, pesticidas, insecticidas, entre otros) pero stos si fueron cuantificados en el inventario.

Se consider la integracin del ciclo del carbono y del nitrgeno en la etapa de la adecuacin del terreno y el cultivo de la palma teniendo en cuenta que un porcentaje de los residuos vertidos al medio ambiente son fijados por la naturaleza gracias a los diferentes ciclos biogeoqumicos.

En el desarrollo de la adecuacin del terreno para el cultivo de palma, para determinar la cantidad de CO2 que se fija en el suelo se realizaron varias consideraciones: se tuvo en cuenta la biomasa existente antes de realizar el cambio de terreno as como la biomasa que tena las plantaciones de la palma despus de determinado tiempo de cultivo. Tambin se estableci la cantidad de carbono inicial fijado en el suelo tomando como referencia suelos arcillosos de baja actividad propios de la regin de Puerto Wilches as como tambin la cantidad final en el suelo despus de realizar la plantacin de palma.

Por otra parte para determinar la cantidad de CO2 que captura el cultivo desde la atmosfera se supuso que este tiene varios destinos: el primero es el proceso de fotosntesis en el cual la planta requiere para su mecanismo de respiracin, la otra parte es la biomasa que si fija en la cosecha (C en Racimos de frutos frescos) y una parte que se fija en el terreno en forma de rizodepositos (formas inmovilizadas de C que se consideran como una fijacin neta de CO2 atmosfrico por el cultivo) los cuales sern la nica contribucin que tomara el cultivo. Por tal razn la cantidad de CO2 emitida proveniente de la combustin del biodiesel, el uso del resto de los co-productos y de los diversos mecanismos de respiracin no se contabilizan como emisiones y se han considerado cero (Lechon, 2006).

Respecto al nitrgeno, ste se encuentra principalmente en la planta, en los residuos vegetales, en el nitrgeno mineral y en la materia orgnica humificada. Existen flujos de nitrgeno entre estos componentes y tambin con el medio fuera de ellos. Las entradas ms importantes son: la fijacin biolgica de nitrgeno, la fertilizacin y las salidas de mayor magnitud son la volatilizacin y desnitrificacin (lvarez, 2006). Las emisiones debidas al uso de los fertilizantes (N2O) se calcularon de acuerdo a lo planteado en la metodologa IPCC (Audsley, 2003); adems, para calcular las emisiones de NH3 y NOx se tom como referencia ECETOC, 1994

Extraccin del aceite de palma. Se eligi como mecanismo de extraccin el prensado debido a que en Puerto Wilches no hay plantas que adems tengan extraccin por solvente. Los factores tecnolgicos utilizados fueron suministrados por una planta en operacin de la zona objeto de este estudio. Debido a que la capacidad de la planta extractora mencionada no es suficiente para suministrar la cantidad de aceite necesaria en la etapa de transesterificacin se supuso que se tenan 2,2 plantas de esta capacidad operando para suministrar el aceite requerido. Esta suposicin es lgica ya que actualmente hay cinco plantas extractoras en Puerto Wilches cuyas capacidades son bastante similares.

Transesterificacin del aceite. El proceso de transformacin a biodiesel se fundamenta en la reaccin de transesterificacin del aceite de palma con el metanol en presencia del metxido de sodio como catalizador, la cual da como resultado el biodiesel y la glicerina. Para esto se tuvo en cuenta las siguientes etapas: obtencin del ster, purificacin del biodiesel, purificacin de la glicerina y recuperacin del metanol.

Distribucin y uso del biocombustible. Incluye los impactos provenientes de la distribucin del biodiesel, la mezcla B10 y la combustin de sta en un vehculo de carga pesada.

2.3 Evaluacin de impacto

El procedimiento a seguir fue: seleccionar y definir las categoras de impacto, donde los indicadores de stas y los modelos de estimacin, buscan precisar los efectos sobre el medio ambiente que causa el sistema en estudio; clasificar las emisiones con el fin de asignarlas a cada una de las categoras de impacto previamente seleccionadas y, caracterizar los datos del inventario para modelarlos mediante los factores de equivalencia a cada una de las categoras de impacto. Cada categora de impacto se representa por medio del indicador de la categora, el cual es la adicin de diferentes intervenciones ambientales ocasionadas por las diferentes sustancias que la conforman.

2.4 Interpretacin de ciclo de vida

En la cuarta fase se combinan los resultados del anlisis de inventario con la evaluacin de impacto, con el fin de realizar una evaluacin de las incertidumbres y generar un informe con las conclusiones y recomendaciones.

3. Resultados

Para interpretar los datos obtenidos del anlisis de inventario fue necesario evaluar el impacto ambiental asociado con las emisiones y usos de las fuentes naturales. Cada categora de impacto se represent por medio del indicador de la categora, el cual es la adicin de diferentes intervenciones ambientales ocasionadas por las diferentes sustancias que la conforman. En la clasificacin de las emisiones cada intervencin ambiental se asoci con las categoras de impacto en las que ella tiene un efecto; por ejemplo, el CO2 est asociado con el cambio climtico. Una vez clasificados los datos, se realiz la adicin de stos para cada una de las categoras empleando los factores de equivalencia y la siguiente ecuacin:

=

i iiaequivalencdefactorimimpactocategoraInd )(.

donde mi es la emisin del recurso utilizado y (factor de equivalencia)i es propio para cada recurso (Antn, 2004). Con los resultados obtenidos se calcul el porcentaje de participacin que tiene cada una de las etapas consideradas para la produccin del biodiesel en las diferentes categoras de impacto. El perfil medioambiental refleja que la distribucin y uso es la etapa que tiene una mayor participacin en todas las categoras sin olvidar que las otras etapas contribuyen en una menor proporcin, como se aprecia en la figura 1.

Fig. 1. Perfil medioambiental de la produccin de biodiesel a partir de aceite de Palma

3.1 Cambio Climtico

En el indicador de cambio climtico los mayores porcentajes de participacin los tienen la distribucin y uso y, la adecuacin e integracin de los ciclos; sin embargo, el efecto que tiene cada una de stas es opuesto. La adecuacin del terreno e integracin de los ciclos disminuye los kg-eq. de CO2 emitidos a la atmsfera gracias a la fotosntesis de las plantas, dando como resultado una reduccin en el indicador, fenmeno que no se presenta en las dems etapas del proceso.

3.2 Acidificacin

El escenario en el que se desarroll la cadena de produccin de la higuerilla promueve la acidificacin, categora generada principalmente por las emisiones de dixido de azufre y xidos de nitrgeno producidas por el consumo de combustibles fsiles en la distribucin y uso de la mezcla B10, presentando un mayor aporte el NOx,, a pesar que su potencial de acidificacin es ms bajo que el reportado para el SO2.

3.3 Eutrofizacin

Las mismas emisiones de xidos de nitrgeno tambin favorecen el enriquecimiento de nutrientes de las reservas acuticas y suelos agrcolas, por consiguiente, aumenta la eutrofizacin como se puede apreciar en la figura 5. Cabe resaltar, que la integracin de los ciclos en el ACV contribuye a la disminucin del anterior fenmeno por medio de la captura del nitrgeno atmosfrico por parte de los microorganismos presentes en el suelo.

3.4 Formacin de oxidantes fotoqumicos y efectos respiratorios

En las categoras de formacin de oxidantes fotoqumicos y efectos respiratorios, nuevamente las mayores contribuciones son debidas a la distribucin y uso de la mezcla, aunque las fuentes generadoras son diferentes; para el caso de la formacin de oxidantes, los mayores contribuyentes son los hidrocarburos (no incluye CH4) producidos en la combustin del B10, y para los efectos respiratorios son el NO2 y el PM emitidos principalmente al ambiente en las etapas de adecuacin, extraccin y distribucin por el gasto de combustible de origen fsil y el consumo de electricidad.

3.5 Consumo de energa no renovable

La categora de impacto para el consumo de energa no renovable reflej que su mayor participante es la etapa de distribucin y uso, resultado esperado por el amplio requerimiento de petrleo para la produccin del diesel presente en la mezcla B10.

3.6 Efectos Respiratorios

De las diferentes corrientes se cuantificaron las emisiones que son nocivas para la salud. Esta categora de impacto muestra como hay un claro contaminante en cada etapa estudiada.

4. Conclusiones

- Al integrar como una etapa ms los ciclos biogeoqumicos de la naturaleza, la implementacin de la metodologa de la cuna a la cuna en el ACV permiti evaluar el impacto real en el ambiente que tiene la produccin de biodiesel a partir de aceite de palma.

- A travs de la cuantificacin de los flujos de entrada y salida en las diferentes etapas del proceso se pudo conocer las emisiones ms relevantes en cada una de ellas junto con el consumo energtico asociado.

- El perfil medioambiental elaborado refleja que la etapa de distribucin y uso de la mezcla B10 es aquella que ejerce mayor influencia tanto en las categoras de impacto de salida como en la categora de impacto de entrada.

- En la medida que la planta tenga una mayor fijacin neta de C y N en el suelo, se podr contribuir significativamente con la disminucin del impacto relacionado con las categoras de cambio climtico y eutrofizacin, respectivamente.

Referencias

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