Dra. Liliana Alzate GaviriaDr. Oscar Alberto Moreno Valenzuela
Medio Ambiente y Desarrollo Sustentable
PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN
UNIDADES ACADÉMICAS
Bioquímica y Biología Molecular de Plantas
Biotecnología
Materiales
Recursos Naturales
Unidad de Energía Renovable
Unidad de Ciencias del Agua
PROGRAMA DE DOCENCIA
Programa Nacional de Posgrados de Calidad
PNPC
Maestría en Ciencias
Maestría y Doctorado
en Ciencias
PROGRAMA DE DOCENCIA
Definición Desarrollo Sustentable
"Es el desarrollo que satisface lasnecesidades actuales de las personas sincomprometer la capacidad de las futurasgeneraciones para satisfacer las suyas."
cita del Informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo(Comisión Brundtland): Nuestro Futuro Común(Oxford: Oxford University Press, 1987)
Triángulo de SustentabilidadSociales
Equidad
Participación
Autodeterminación
Movilidad Social
Preservación de la Cultura
Económicas Ambientales
Servicios Diversidad Biológica
Necesidades de los
HogaresRecursos Naturales
Crecimiento IndustrialCapacidad Máxima
Admisible
Crecimiento AgrícolaIntegridad de los
Ecosistemas
Uso Eficiente de la Mano de
ObraAire y Agua Limpios
Evolución EN LA producción de petróleo
• El factor limitante de la extracción del petróleo es la energía requerida y no su costo económico.• Teoría es aceptada entre la comunidad científica y la industria petrolera. El debate no se centra
en si existirá un pico del petróleo sino cuándo ocurrirá, el petróleo es un recurso finito y no renovable
Teoría de Hubbert
Nuclear, Geotérmica, Mareas
Gas natural
Carbón65 M.años de Sol (hace 300 M. años)
Petróleo Microorg. Marinos de hace 10-200 M. años
Energía solar Fotovoltaica
Térmica
Sol reciente en conserva y procesos
de fermentación anaerobia
Biomasa
HidroeléctricaEólica
Vigoroso clima cuyo motor es el Sol
Fósil 82%
Nuclear 16%
Renovables 2%
Consumo de Energía
fuente
mundo
(2004)
México
(2003)
fósil 85.8% 92.9%
carbón 22.4 1.9
gas natural 22.9 16.1
petróleo 40.5 74.9
Nuclear 8.2 1.1
Renovables 6.1% 6.0%
biomasa 2.9 3.4*
hidroeléctrica 2.7 2.0
geotérmica 0.35 0.6
eólica 0.14 -
solar 0.06 -
total 100% 100%
* con 2.6% de leña y 0.9% de bagazo de caña
sistema energéticoP
resta
cio
nes
Pasado Presente Futuro
El motor de combustión
interna impulsó la industria
petrolera
-
Las celdas de combustible
pueden llevarnos a una
economía sostenible
de H2 / metanol
Transicióncompleja
Tiempo2020
Biocombustibles
Retos actuales para las energías ALTERNAS
• Ayudar a resolver los graves problemas ambientales– Mitigación del cambio climático– Restauración y conservación de recursos locales
(contaminación, disposición de desechos, etc…)
• Apoyar al desarrollo rural y regional– El campo es uno de los grandes puntos pendientes en el Tercer
Mundo – Necesidad de creación de fuentes de empleo y de valor
agregado a la producción a nivel local/micro– Apoyo a las pequeñas y medianas industrias locales
• Diversificar oferta energética por razones geopolíticas: (petróleo concentrado biomasa No)
Energías alternas en el sureste• Región rica en materia energética• Además del petróleo
• Dispone de energía hidroeléctrica
• Potencialidad en energía solar, biomasa y eólica
Biomasa
Residuos OrgánicosUrbanos, Agrícolas,
Forestal, Aguas
JatrophaCaña Sorgo dulce ColzaMaíz
Cultivos EnergéticosAgricultura para producir energía
Microalgas
Es toda la materia orgánica de origen vegetal, animal y humana
Estados con Potencial productivo de cultivos energéticos
• El sureste mexicano tiene una extensión aproximada de 277,434 km2 de extensión.
• Las zonas de cultivos agrícolas y perennes ocupan una extensión de 20,493 km2 , sin embargo, se espera que para el 2012 existan 3,000 Km2 cultivos energéticos
México genera 105 mil Ton/día1
1 SEMARNAT 2008
52% Relleno Sanitario 47% a Cielo Abierto
5,000 Toneladas/día
Biomasa Residual
Potencial Bioenergético de la Península de Yucatán: Subproductos de origen municipal
• Se generan 120 m3 de biogás/tonelada de residuos orgánicos urbanos
% CH4 ≥ 75%
Que tipo de Biocombustible?
origen aplicación
Primera
generación
actual
de cultivos energéticos:
bioetanol, E5, E85
biodiesel, B20, B100
metano, biogás
combustión
Segunda
generación
en desarrollo
de desechos orgánicos:
etanol lignocelulósico
biodiesel
biogás, etc.
combustión
Tercera
generación
futuro
mayor eficiencia
biohidrógeno
modificación genética
celdas de combustible
combustión
1ª Generación
• Se basa en biomasa cultivada para energía: cultivos energéticos
• Tecnología desarrollada
• Implementada en varios países
Biodiesel
– Por transesterificación de aceites vegetales
– De cultivos oleoginosas: colza (canola), girasol, soya, jatropha, higuerilla…
– Aplicación en transporte
– En mezclas con diesel fósil (B5, B20) o puro (B100)
– Excelente lubricante
– Bajas emisiones, sin SOx
– Actualmente implementada
en Europa, EEUU
Bioetanol
– Por fermentación
– de cultivos de alto contenido azucares o almidones: caña de azúcar, maíz, sorgo, switchgrass…
– Aplicación en transporte
– en mezclas con gasolina (E25, E85) o puro (requiere modificación motor)
– Bajas emisiones de NOx y CO, hidrocarburos
– Usado en Brasil (desde ’79), EEUU, Europa
Conflicto alimentos
• Utilización de materia prima alimenticia para producción biocombustibles da conflicto directo
• Ej: maíz
• Utilizar cultivos no aptos para alimentos?
Conflicto tierra
Reemplazar gasolina por bioetanol 1ª generación:
• Gasolina para autotransporte (Mx, 2007): 1240 PJ
• Energía por combustión del bioetanol: 21.5 MJ/l
• Producción de etanol: 3.2 t/Ha
Se requieren: 18.5 millón Ha
Reemplazar diesel por biodiesel:• Diesel para autotransporte (Mx, 2007): 435 PJ• Energía por combustión del biodiesel: 35.6 MJ/l • Producción: 1.4 t/HaSe requieren: 10 millón Ha
Total: 28 millón Ha
Territorio nacional destinado a agricultura: 30 millón Ha
(México, 2007, INEGI)
Requerimientos de agua
Para producir maíz:
• entre 300 y 900 m3agua/tmaíz
(datos para EEUU, UNESCO)
Por litro de etanol
• Irrigación: 925 litros
• Refinación: 3-6 litros
Escasez de agua? Costo?
http://www.ecoworld.com/blog/2007/06/04/corn-ethanol-water/
Balance de CO2
• Producción de CO2 menor que para fósil
• Energía para producción de donde?
• Reemplazar selva virgen por cultivos?
Balance negativo!
kgoe = kilogram oil equivalent 41,868 MJ/kg (EtOH 26,9 MJ/kg)References:
1)WSP Report 20062)BioScience 55/7 20053)BioScience 55/7 20054)Neste Oil5)Concave, Shell, WTW 2004 6)BioScience 55/7 2005 7)Concawe/ Eucar WTW 2004
2ª Generación
A partir de Residuos Orgánicos:
• Biocombustibles a partir de materiales lignocelulósicos
• Bioetanol celulósico
• Biodiesel a partir de grasas animales, aceites reciclados
• Explotación de fuentes específicas
Biocatalizadores
• Existe un gran interés en encontrar nuevas enzimas con propiedades especiales:
– Alófilos
– Extremófilos
http://www.ornl.gov/info/ornlreview/rev32_3/amazing.htm
3ª Generación
• Tecnologías del Hidrógeno
• Modificaciones genéticas:
• Materias primas modificadas genéticamente
• Empleo de microorganismos modificados genéticamente
Producción del Hidrógeno
1. De hidrocarburos fósiles: • reformación • descomposición térmica • oxidación parcial • gasificación (carbón)
2. De agua: • electrolisis con energía renovable (solar, eólico), • fotólisis• termólisis
3. De biomasa o biocombustibles BIOHIDRÓGENO• Reformación de biocombustible• Gasificación• Biológico:
• Fotobiológico (algas, cianobacterias)• Fermentaciones • Fotofermentación
Aplicaciones de Tecnología del H2
• Tecnología modular
• Flexible
• Amplio rango de aplicaciones
• De mW a MW!
Celdas de Combustible Microbianas
• Usar microorganismos como catalizadores
• Combustible: residuos orgánicos, aguas residuales, etc.
• Microorganismos en ánodo oxiden al combustible, generando protones y electrones
• En cátodo: reducción de oxígeno con protones y electrones del ánodo
Efecto de los Gases Invernaderos
NASA 2004
GASTiempo de Vida
(años)
Contribución
Calentamiento
CO2 500 --
CH4 20 21
El MDL (Mecanismo de Desarrollo Limpio) fue diseñado para ayudar a los
países industrializados a cumplir en 2012 emisiones de Carbono por ej.
Atrapamiento CH4 en Rellenos Sanitarios en países vías de Desarrollo.
Previsto Protocolo de Kyoto, que entró en vigencia el 16 de febrero 2005.
Proyectos MDL MéxicoHasta mediados de octubre de 2008 los proyectos del COMEGEI, concartas de Aprobación: http://cambio_climatico.ine.gob.mx/index.html
Tipo de ProyectosNum.
ProyectosUbicación
Reducciones de CO2
equivalente
(Ktons/año)
MANEJO DE RESIDUOS EN
GRANJAS PORCÍCOLAS88
Aguascalientes, Chihuahua,
Chiapas, Coahuila, Durango, Edo. México,
Guanajuato, Jalisco, Michoacán, Nuevo León,
Nayarti, Puebla, Querétaro, Sinaloa, San Luis
Potosí, Sonora, Oaxaca, Tamaulipas, Veracruz,
Yucatán.
2,507
MANEJO DE RESIDUOS EN
ESTABLOS DE GANADO VACUNO54
Aguascalientes, Baja California, Chihuahua,
Coahuila, Guanajuato, Durango, Jalisco, Nuevo
León, Puebla, Querétaro, Sinaloa, Sonora,
Tlaxcala
941
METANO DE RELLENOS
SANITARIOS9
Aguascalientes, Chihuahua, Durango, Edo.
México, Morelos, Jalisco1,110
MANEJO DE AGUAS RESIDUALES 1 Sonora 10
ENERGÍA EÓLICA 8 Baja California, Oaxaca 2,216
HIDROELÉCTRICOS 4 Guerrero, Jalisco, Michoacán, Oaxaca 161
INCINERACIÓN HFC-23 1 Nuevo León 2,155
MITIGACIÓN DE N2O EN LA
INDUSTRIA QUÍMICA1 Veracruz 103
COGENERACIÓN Y EFICIENCIA
ENERGÉTICA9
Edo. México, Hidalgo, Michoacán, Sinaloa,
Sonora, Tabasco, Tamaulipas, Quintana Roo,
Veracruz
703
EMISIONES FUGITIVAS 2 Coahuila, Veracruz 665
TRANSPORTE 1 Distrito Federal 24
TOTAL 178 10,595
Parque Científico
y Tecnológico
Instituciones
de educación superior
Centros
de investigación
Empresas
de base tecnológica
Sistema de Investigación,Innovación y Desarrollo
Tecnológico
Infraestructura
compartida
de alto nivel
Financiamiento estratégico
para la investigación e
innovación tecnológica
Redes de colaboración
entre las instituciones
del Sistema, sus grupos
de investigación y empresas
de base tecnológica
Programas educativos
compartidos entre
las instituciones
del Sistema
SIIDETEY
FOSA SÉPTICA
“FOSA SÉPTICA CON CELDA DE
COMBUSTIBLE MICROBIANA PARA
LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
Y TRATAMIENTO DE AGUA
RESIDUAL”
Número: MX/E/2011/088981
Fecha de Presentación:
9 de diciembre de 2011
Inventores: Liliana María Alzate Gaviria.
Unidad de Energía Renovable.
CICY INSTITUCIÓN DE CARBONO NEUTRAL
Reducir en un 50 % las emisiones de CO2 generadas
por CICY en un período de 5 años.
Generar conocimiento, metodologías o tecnología que
contribuyan a la reducción de las emisiones de CO2.
Difundir los resultados alcanzados y promover su
utilización fuera de CICY.
Estimación del inventario estatal de gases de efecto invernadero
• SEDUMA Yucatán• Programa Estatal de Acciones ante el Cambio Climatico (PEACC)• Compromiso federal (COP 16)• Metodología del INE (IPCC)• $ 971,000 (837,000 más iva) para 4 meses (nov 2011- feb 2012)
Unidad de Servicios Ambientales
‘Huella de carbono’ determinado para individuo, CFE, KUOSOL
Certificación EMA en preparación
TORRE PARA LA MEDICIÓN DE FLUJOS DE
CARBONO, AGUA Y ENERGÍA EN UNA
SELVA MEDIANA DE LA PENINSULA DE
YUCATÁN
julio 2011
Coordinadores: Juan Manuel Dupuy, José Luis Hernández Stefanoni y José Luis Andrade
Unidad de Servicios Ambientales
Metodología de “Eddy covariance” (covarianza de vórtices)
Anemómetro sónico
Analizador de gases en el infrarrojo
Al utilizar teledetección, mediciones dasométricas y respiración del suelo, podremos tener una medida completa del uso del carbono del bosque
SISTEMA DE REGISTRO, REPORTE Y VERIFICACIÓN DE CRÉDITOS DE CARBONO PARA LA REDUCCIÓN DE LA DEFORESTACIÓN Y DEGRADACIÓN DE LOS BOSQUES EN CONCORDANCIA CON LOS EFECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO
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