El desarrollo tecnológico y el dilema de su futuro

AutorPietro Moncada Paternò Castello
CargoIPTS

Asunto: El desarrollo de la tecnología bioenergética no ha reportado grandes logros comerciales para la bioenergía, ni ha preparado la bioenergía para explotar algunas situaciones comerciales ventajosas. Es preciso considerar ciertas incógnitas futuras relacionadas con la bioenergía y analizarlas en un marco comercial y técnico.

Relevancia: En el debate sobre el "desarrollo sostenible", se considera la bioenergía como uno de los instrumentos importantes, debido a su potencial socioeconómico, medioambiental y energético. No obstante, los sistemas bioenergéticos tienen que probarse técnica y económicamente, y en muchos casos demostrar que su implantación/sostenimiento medioambiental es factible, si se ha de considerar su difusión a gran escala en futuros marcos hipotéticos. El éxito del desarrollo bioenergético depende de esta evaluación, y de una gestión apropiada del sistema y una estrategia de política responsable. Sin recurrir necesariamente a una mayor financiación pública, hay maneras de pronosticar, verificar, y, si procede, mejorar los programas bioenergéticos.

Si bien no constituye una fuente importante de energía en la mayor parte de los países de la UE, la biomasa recibe atención por las conocidas reivindicaciones de su potencial

Actualmente, la biomasa representa un 2% del suministro energético primario total en Europa (UE-12), si se tienen en cuenta sólo las fuentes comerciales. El uso de la biomasa para la calefacción doméstica (p.ej. las chimeneas), y especialmente para el consumo propio de la industria (p.ej. las papeleras) es relativamente importante, pero no figura en las estadísticas. Los nuevos países de la UE presentan una tasa superior de energía primaria suministrada por la biomasa que la de los 12 de la UE: Austria 13%, Finlandia un 18%, y Suecia un 16%. Pese a su aportación energética actual, que en algunos países de la UE es más bien modesta, la bioenergía recibe mucha atención a causa de su potencial y sus posibles beneficios socioeconómicos. Aunque el desarrollo de los sistemas bioenergéticos ha sido algo lento, se puede representar a la bioenergía como un conjunto de combinaciones de recursos y tecnología, algunas de las cuales se encuentran en vías de pleno desarrollo al tiempo que otras están en regresión o todavía en una fase no comercial.

Bioenergía y desarrollo tecnológico

Hay muchas tecnologías energéticas derivadas de la biomasa, según la materia prima, el mecanismo de conversión y el destino final de la energía

Las tecnologías de la conversión bioenergética pueden clasificarse en dos grupos principales: tecnologías para la generación energética (calor, electricidad y cogeneración), y tecnologías que producen combustibles para el transporte. Tanto los cultivos anuales como los perennes, así como los desperdicios/residuos agrícolas o forestales, pueden convertirse en calor, electricidad o biocombustibles. La decisión de utilizar una u otra tecnología y materia prima procedente de la biomasa depende de muchos factores que abarcan consideraciones medioambientales, económicas y sociales.

La tecnología de la generación energética empleada con más frecuencia en los proyectos bioenergéticos - a saber, la combustión, se beneficia de las inversiones en I + D para las tecnologías energéticas a base del carbón. Los países de la Europa septentrional han desarrollado, y utilizan extensamente (principalmente para la generación térmica), la tecnología de la combustión. Esta tecnología consigue eficiencias globales atractivas a pequeña escala (28-30% en el caso de la generación eléctrica; hasta un 85% en la cogeneración de electricidad y calor), y representa hoy una relación bastante aceptable entre el coste de la inversión y la eficiencia en una planta de capacidad reducida.

Las tecnologías basadas en la quema de los gases producidos por los vertederos de basuras o los gases cloacales son otro ejemplo del uso de una tecnología desarrollada inicialmente para la quema de los combustibles convencionales. De hecho, se aprovechan los gases de los vertederos/gases cloacales para motores de combustión interna convencionales con potencias que oscilan entre unos centenares de kW y varios MW de capacidad sin necesidad de grandes modificaciones. Con menos frecuencia, en el caso de los vertederos más grandes, también se pueden usar en las turbinas de gas. Según la calidad de los gases combustibles, estas plantas presentan eficiencias de conversión relativamente altas (superiores al 30% en la generación eléctrica).

En cuanto a la tecnología de la gasificación combinada con las turbinas, tanto las turbinas de ciclo simple (STIG) como las turbinas de ciclos combinados (IGCC) o están disponibles comercialmente (tipo STIG) o son utilizados a nivel de demostración (tipo IGCC), y presentan elevados niveles de eficiencia (desde el 30% hasta más del 40%, según la capacidad de la planta). En Europa, las instalaciones de demostración tipo IGCC ilustran el uso de la biomasa como combustible. La experiencia obtenida con estas plantas IGCC ha hecha de la UE líder mundial en esta tecnología bioenergética. También se puede combinar la gasificación con los motores de combustión Stirling o las máquinas de vapor. Los motores Stirling ofrecen una eficiencia de conversión secundaria alta, pero a pequeña escala. No obstante, se prevé que los sistemas Stirling alimentados con biocombustibles podrán hacerse una realidad comercial durante los próximos 20-25 años. Ha habido avances importantes en el desarrollo de las máquinas de vapor, y su éxito depende de la producción en grandes cantidades de dichas máquinas para amortizar el alto costo fijo actual.

La tecnología de la pirólisis de la biomasa, involucrando la quema del fueloil biológico en las instalaciones de energía existentes o en motores diesel grandes (p.ej. los motores marinos) todavía está en fase de investigación. Tanto la tecnología de la gasificación como la de la pirólisis fueron desarrolladas inicialmente para convertir los combustibles fósiles en productos energéticos secundarios.

Los biocombustibles para el transporte se consideran una opción interesante pero difícil para el futuro en Europa, y las tecnologías asociadas no se han beneficiado mucho de los desarrollos tecnológicos en otros campos. Por consiguiente, los biocombustibles (etanol, metanol, los aceites vegetales, los metilésteres, etc.) hoy son muy lejos de ser competitivos, y/o necesitan grandes subvenciones públicas debido a sus altos costes, deficiencias de las tecnologías de producción y utilización, y la necesidad de modificaciones a los motores para coches, etc.).

El etanol y el metanol pueden producirse por proceso de hidrólisis ácida o enzimática. Ha habido adelantos en la biotecnología que han reducido el costo de la producción del etanol por medio de opciones catalizadas enzimáticamente, pero se necesitarán más avances en el futuro para reducir más los costes. La hidrólisis ácida presenta inconvenientes económicos en la producción de etanol a partir de la biomasa. Actualmente se prefiere producir metanol gasificando la biomasa, sometiéndose el gas resultante a una reacción catalítica para formar metanol.

Típicamente, los ésteres son derivados del alcohol, y se emplean como aditivos para suministrar oxígeno a la gasolina a la que se agregan. El metanol y el etanol pueden hacerse reaccionar con isobutileno para formar éter butílico de metilo terciario (MTBE) y éter butílico de etilo terciario (ETBE) respectivamente.

Los aceites vegetales y sus ésteres derivados (o sea, metilésteres), los cuales se obtienen a partir del metanol en la presencia de un catalizador, pueden emplearse en los motores diesel.

La tecnología que produce los ésteres ya existe a nivel comercial y se emplea en el sector petroquímico. No obstante, los ésteres derivados de la biomasa padecen altos costes de producción y la necesidad de que se mejoren las tecnologías de la producción y de los usos finales.

Si bien ha habido avances sustanciales en estas tecnologías de conversión, los biocombustibles no consiguen fácilmente ser competitivos frente a la gasolina. Además, hay barreras adicionales a la difusión del uso de los biocombustibles, surgidas de las modificaciones precisas a la infraestructura y a los motores para coches si, por ejemplo, supera el 30% la proporción de bioalcohol utilizada.

Para que prosperen los sistemas bioenergéticos

Hay varios factores condicionantes para al éxito de la bioenergía

Las tecnologías bioenergéticas (y los motivos de su elección) son diversas, y tienen que afrontar diversos marcos socioeconómicos y ecológicos que pueden determinar si son atractivas o no. Esto comprende también las prácticas agrícolas, los mercados locales y las opciones societales tocantes al uso de la tierra y los modos de generación energética. Por lo general, los motivos de la viabilidad de los sistemas bioenergéticos actuales, no obstante que representen una capacidad de generación energética total limitada, estriban en cuatro condiciones que a menudo se dan simultáneamente:

* la disponibilidad local de suficientes productos residuales o desperdicios industriales baratos (p.ej. la paja de los cultivos alimenticios; la madera de la industria papelera; los residuos sólidos de los molinos de aceite);

* el empleo de una tecnología convencional adaptada, concebida originalmente para aceptar/producir los combustibles derivados de fósiles;

* la implantación de un sistema bioenergético integrado, que produzca, por ejemplo, a partir de la misma materia prima, calor, electricidad, alcohol y posiblemente abono y productos químicos puros;

* un marco regulador socioeconómico y público propicio (p.ej. subsidios) que ayude a los empresarios e inversores a franquear el umbral económico y reducir los riesgos de la ventura.

Barreras que impiden el éxito de la bioenergía

Los fondos de I + D asignados a la bioenergía no han sido muy significativos. Por ejemplo, la porción correspondiente a la biomasa del gasto global de la OCDE en I + D en 1991 no fue más que un 0,1%. Como consecuencia, el desarrollo tecnológico no ha superado los obstáculos que han impedido una mayor penetración por la biomasa del mercado energético europeo (UE-12).

Son barreras cruciales la fragmentación y la heterogeneidad de la demanda y la oferta

Unas barreras técnicas, culturales y políticas adicionales han desempeñado un papel significativo en dificultar la consecución de una porción importante del mercado para la biomasa, debido a la complejidad de la cadena de conversión de la materia prima de la biomasa en energía. De hecho, la industria energética derivada de la biomasa hoy es una aglomeración fragmentada de proveedores de biocombustibles, fabricantes de tecnologías de conversión, servicios públicos y consumidores industriales, comerciales y domésticos. Esta situación refleja la naturaleza heterogénea de las materias primas de la biomasa y los múltiples usos finales de la biomasa: la generación eléctrica, la calefacción industrial y comercial, la producción de combustibles líquidos para el transporte, y más. Quedan por resolver unos retos importantes antes de que la biomasa pueda alcanzar su potencial comercial, ya que cada eslabón de la cadena de producción, reparto y utilización de los biocombustibles debe desarrollarse al compás de los otros componentes.

Oportunidades perdidas e incertidumbre cara al futuro

Se han perdido varias oportunidades para la bioenergía, comenzando por las crisis del petróleo de los años '70

Mientras tanto, la bionenergía, a menudo vista como una buena opción energética intermedia durante las últimas décadas, puede que haya perdido ya oportunidades para su difusión general a escala comercial. De hecho, por muchas razones (estrategia de I + D, aceptación pública, etc.), la innovación no reportó los beneficios que se esperaban en este sector, dadas las propicias circunstancias que existían tras las crisis energéticas de los años '70. La práctica agrícola subvencionada de la retirada de la producción de las fincas, implantada a finales de los '80 por la Política Agrícola Común de la UE, permite a los agricultores producir cultivos no alimenticios en estas tierras receptoras de ayudas económicas1. Esto ha sido - y sería - otra oportunidad para la bioenergía.

No obstante, en los años venideros, un simple cambio en la evolución de la demanda/oferta alimenticia, o una innovación radical en una tecnología energética competitiva, podría relegar la bioenergía a un rincón oscuro del mercado.

De hecho, la rivalidad agraria por la producción de alimentos podría poner trabas a la implantación de la bioenergía (particularmente en cuanto a los biocombustibles para el transporte) si se retiran zonas productoras grandes de la UE y/o la UE opta por hacer disponibles grandes cantidades de productos alimenticios para abastecer la demanda internacional. Sin embargo, todavía hay áreas grandes de la UE disponibles para los usos no alimenticios, y cabe enfocar más eficazmente las distintas maneras de aprovechar las enormes cantidades de desperdicios agrícolas. Ambos hechos podrían brindar la oportunidad en futuros marcos hipotéticos de hacer que los productos alimenticios y energéticos sean complementarios y no conflictivos.

Por otra parte, un hipotético adelanto que haga factible el uso de una fuente de energía/tecnología innovadora podría perjudicar gravemente la difusión general de los sistemas bioenergéticos. Tal adelanto podría provenir por ejemplo de pilas de combustible (si bien éstas podrían utilizar hidrógeno procedente de la biomasa) o la fusión nuclear. También las mejoras incrementales que en su día se implantarán en los sistemas energéticos convencionales existentes podrían suponer otro freno al desarrollo de la bioenergía.

Enfoque a los nuevos sistemas bioenergéticos

Los sistemas bioenergéticos nuevos necesitan unos análisis integrados de las perspectivas, y la realización de proyectos piloto controlados

1 En 1995-96, entre el 12 y el 17% de la tierra cultivable, productora de los cereales y cultivos de semillas oleaginosas sobrantes, fue retirado de la producción por los agricultores de la UE.

A medio y largo plazo, las condiciones políticas y las estrategias de política, como por ejemplo las políticas agrícola, regional, energética y medioambiental, desempeñarán un papel clave en el futuro de la bioenergía. Mientras tanto, parece apropiado enfocar los sistemas bioenergéticos innovadores de una manera nueva, integrada y pragmática, basada en:

  1. Análisis de las perspectivas bioenergéticas: la elaboración y análisis de diferentes marcos hipotéticos futuros debería tener en cuenta las variables tocantes a la disponibilidad de las fuentes y la tierra, los factores económicos, las perspectivas tecnológicas (abarcando tanto la biomasa como los recursos energéticos convencionales), y la dirección de la política, e identificar aquellos segmentos del mercado que presenten "fuertes" posibilidades de explotación. También podría estudiarse el potencial real de la bioenergía, comparándola con la capacidad de otras fuentes energéticas.

  2. Promoción de proyectos piloto a escala reducida, estrictamente controlados para la consecución de hallazgos a corto/medio plazo, que favorezcan la implantación comercial de las conclusiones científicas para la bioenergía, y que pretendan entender las barreras principales (técnicas y no técnicas) que obstaculicen el éxito de la bioenergía. Se pueden encaminar cuidadosamente las actividades del proyecto a escala piloto a verificar la factibilidad técnica y evaluar las perspectivas (para posible implantación a escala comercial y a nivel de demostración) de lo siguiente:

    * Recursos de la biomasa y su cadena de producción: Las preocupaciones técnicas surgidas de los sistemas bioenergéticos a menudo tienen más que ver con la materia prima de la biomasa que con la tecnología de la conversión. Estas preocupaciones, vinculadas sobre todo con la biomasa de las plantaciones energéticas, podrían clasificarse como: la sostenibilidad medioambiental, el rendimiento, los precios, la discontinuidad del suministro, las características físicas y químicas, las prácticas agronómicas, la cosecha, la recolección, el pretratamiento, y la gestión del manejo y el almacenamiento. También deberían tenerse en cuenta las nuevas oportunidades (p.ej. relacionadas con la bioingeniería).

    * Tecnología de la conversión: en los experimentos a escala piloto, pueden probarse dentro de un marco bien definido (p.ej. las características del combustible, el entorno normativo, etc.) las tecnologías de la conversión de la biomasa (convencionales o avanzadas), y proporcionarse claras indicaciones que apunten la idoneidad o no de la tecnología probada para su introducción en esa etapa de su desarrollo en el mercado.

    * Beneficios y perjuicios externos: Una evaluación detenida del empleo y de los demás impactos sociales realzaría el valor de los experimentos del proyecto piloto. Los hallazgos podrían compararse con los datos socioeconómicos relacionados con otras fuentes energéticas.

    * Cuestiones de Gestión: La búsqueda de maneras eficaces de gestionar los sistemas bioenergéticos acarrea la exploración de: la composición de las asociaciones, las prácticas financieras, la logística de las cadenas bioenergéticas y la comercialización de los productos bioenergéticos finales.

  3. Conducta de la investigación básica y enfocada, valiéndose de los resultados obtenidos de los puntos a) y b), y de una mejor coordinación de las iniciativas nacionales de los estados miembros en el campo de la

    I + D.

    Conclusión

    En resumen, existen numerosas limitaciones a la comercialización de los sistemas bioenergéticos sin la intervención de ayudas públicas o modificaciones a las estrategias de política y de organización sectorial. El éxito de las actividades de investigación y de los proyectos piloto y de demostración depende de estos cambios, los cuales a su vez determinarán el ritmo de adopción de las tecnologías bioenergéticas en la Unión Europea durante los años venideros.

    El dilema del futuro de la bioenergía nace de las incertidumbres del mercado y de la estrategia, y de los avances en las tecnologías nuevas y convencionales. En un marco pesimista, podría producirse una situación paradójica en la que la biomasa, como una fuente de energía y tecnología "nueva", podría quedarse vieja sin haber llegado siquiera a la mayoría de edad. En un marco menos pesimista, las tecnologías convencionales seguirían siendo fuentes de energía importantes, pero su papel dominante se vería mermado paulatinamente al tiempo que las fuentes renovables, particularmente la bioenergía, irían captando una porción creciente de segmentos específicos del mercado (p.ej. la biomasa como fuente de generación energética local) de la UE. Este último supuesto dependería de una estrategia precisa en ese sentido, y una convergencia sinergística de los intereses económicos y sociales.

    Frases clave: energía de la biomasa, sostenibilidad, pirólisis, hidrólisis, tierras retiradas de la producción

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