Necesidades de suelo para cumplir los objetivos de las políticas de energías renovables en la Unión Europea

Introducción

Se considera que las fuentes de energía renovables tienen un importante papel que desempeñar en la diversificación del suministro de energía en la UE, limitando, al mismo tiempo, las emisiones de gases con efecto invernadero que contribuyen al calentamiento del planeta. En este contexto, durante los últimos años, la Comisión Europea ha fijado tres objetivos para las energías renovables en la UE:

Aumentar la cuota de energía procedente de fuentes renovables es un factor clave en la estrategia de Europa encaminada a la diversificación de su abastecimiento de energía, reduciendo, al mismo tiempo, las emisiones de gases conefecto invernadero

Para el año 2005, el 2% de toda la gasolina y el gasoil que se utilizan en el transporte debe sustituirse por biocombustible, elevándose esta cifra al 5,75% en 2010 (Directiva 2003/30/CE). De hecho, estos objetivos se aplican exclusivamente al transporte por carretera, ya que el ferrocarril y los transportes aéreo y marítimo utilizan otros combustibles y/o fuentes de energía.Para el año 2010, el 22,1% de la electricidad deberá generarse a partir de fuentes renovables (Directiva 2001/77/CE). Si este objetivo incluye a los 10 países próximos a incorporarse a la UE, el objetivo conjunto para la Unión Europea caería al 21%, debido a que se han negociado objetivos más bajos para estos países que los fijados para los estados miembros de la Europa de los 15 (UE-15).En el año 2010, el 12% del consumo interior bruto de energía deberá proceder de fuentes renovables (CE, 1997).Diversas fuentes de energía renovables podrían contribuir a la consecución de los objetivos de la UE. En particular, se considera que la energía eólica y la biomasa tendrán importantes posibilidades de crecimiento en los próximos años

Diversas fuentes de energía renovables podrían contribuir a la consecución de estos objetivos, por ejemplo, la energía hidráulica, la geotérmica, la fotovoltaica, la energía eólica y la biomasa. De todas ellas, se cree que sólo las dos últimas tendrán posibilidades de crecimiento significativas desde el momento actual hasta el año 2010. La energía eólica es adecuada para la generación de electricidad, pero su contribución al transporte va a ser, probablemente, modesta, quedando limitada principalmente al transporte dependiente de la red eléctrica, como locomotoras eléctricas, metros, tranvías, etc. La biomasa se puede utilizar en la producción de combustibles para transporte y como combustible conjunto para la generación combinada de calor y electricidad.

La expansión futura de la energía eólica dependerá, en gran medida, de la instalación de generadores en el mar

En teoría, es posible aumentar la capacidad de energía eólica construyendo más generadores, por ejemplo, en el mar. Sin embargo, en la práctica, más allá de un cierto límite, ya no resulta económicamente viable. Por el contrario, la disponibilidad absoluta de suelo siempre fija un límite superior para el potencial teórico de la biomasa. Sin embargo, a diferencia del caso del viento, el potencial económicamente factible de la bioenergía está aún más limitado por la competencia con otros usos del suelo. Asegurar el suministro de alimentos es un elemento esencial de la política agrícola de la UE. Por tanto, una parte sustancial del suelo disponible se reserva, por definición, para este fin. En este contexto, las regulaciones de la PAC (Política Agraria Común) se encaminan también a garantizar ingresos razonables a los agricultores. Los usos del suelo con fines no alimentarios ni energéticos (flores, plantas utilizadas como materia prima para la industria farmacéutica, madera para la construcción, etc.) son, en general, más importantes que la producción de bioenergía, por lo que están mejor situados para competir por el suelo. Todas estas razones ponen de manifiesto que los escenarios posibles para alcanzar los objetivos previstos de utilización de energías renovables están más limitados por la disponibilidad de biomasa que por el potencial eólico.

El límite superior del potencial de la biomasa como fuente de energía renovable es la competencia con otros usos del suelo

Posibilidades de las distintas alternativas de la biomasaExisten varios tipos de materias primas para la biomasa que se pueden utilizar con fines energéticos:

Se pueden utilizar diferentes materias primas de biomasa como fuente de energía. Entre ellas se encuentran las semillas oleaginosas, las plantas amiláceas, la lignocelulosa y los residuos biodegradables domésticos y de otro tipo

Semillas oleaginosas (colza, girasol, linaza, etc.). Sus aceites vegetales se pueden transformar en biodiesel para uso en el transporte. Este proceso genera además grandes cantidades de paja, que se puede utilizar como combustible conjunto para la generación combinada de calor y electricidad.Las plantas amiláceas (trigo, maíz, remolacha, patatas, etc.) pueden producir etanol por fermentación. Este proceso también genera grandes cantidades de paja y otros residuos biológicos, que se pueden utilizar en la generación conjunta de calor y electricidad, o se pueden convertir en etanol utilizando otras tecnologías (actualmente en fase experimental).Las plantas lignocelulósicas (hierbas, árboles de crecimiento rápido, madera y residuos de madera, etc.) se pueden utilizar para la producción de etanol, de biodiesel sintético (Fischer-Tropsch, o F-T) o para alimentar calderas para la generación conjunta de calor y electricidad.Los residuos domésticos biodegradables, el estiércol, etc. pueden servir para producir biogás. El gas que se genera es metano, que tiene propiedades similares al gas natural de origen fósil y, por lo tanto, puede servir para los mismos usos, por ejemplo como combustible para transporte (directamente o convertido en biodiesel F-T, biometanol, biohidrógeno, etc.), o en la generación conjunta de calor y electricidad.Cada tipo de materia prima de biomasa tiene sus ventajas e inconvenientes, por lo que algunos de ellos resultan más adecuados para ciertas aplicaciones que otros. En la práctica, sin embargo, el rendimiento de energía por hectárea (figura 1) no es el único criterio para evaluar la utilidad de las materias primas para biomasa.

Figura 1. Rendimiento energético medio de diferentesmaterias primas para biomasa Combustible para transporte Otros productos energéticos

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Algunas plantas también producen alimentos proteínicos, que se pueden utilizar como pienso para animales; otras pueden utilizarse en la rotación de cultivos, etc. Por lo tanto, la elección de los cultivos se realiza normalmente en el marco más amplio de la economía agrícola y los aspectos medioambientales, y no se trata simplemente de seleccionar el cultivo de mayor rendimiento.

Cada tipo de fuente de biomasa tiene sus propias ventajas e inconvenientes. También hay que tener en cuenta qué cultivo se adapta mejor al marco agrícola existente

Cumplimiento del objetivo indicativo de biocombustibles para transporteEl objetivo marcado del 2% para el biocombustible para transporte en el año 2005 suele considerarse, por lo general, relativamente fácil de alcanzar. Sin embargo, el objetivo del 5,75% en el 2010 parece mucho más ambicioso, porque necesitará importantes recursos de suelo (IPTS, 2002a; IPTS, 2002b) Por lo tanto, este estudio considera solamente el objetivo del 5,75% en el 2010.

El cumplimiento del objetivo de la CE para que el biocombustible aporte el 5,75% del combustible para transporte para el año 2010 requerirá importantes recursos de suelo

El objetivo de que el biocombustible para transporte en el año 2010 suponga el 5,75% puede cumplirse mediante la combinación de diferentes cultivos. La figura 2 muestra las diferentes cantidades de suelo que se necesitarían para los casos de la UE-15, la UE-25 y la UE-28, bajo diferentes escenarios relativos a la composición de los cultivos3. Las necesidades de suelo se calculan como porcentaje de la Superficie Agrícola Utilizada (SAU)4

Figura 2. Necesidades de suelo para distintas dimensiones de la UE, para alcanzar el objetivo de 5,75 % de biocombustible para transporte en 2010, bajo diferentes escenarios relativos a la composición de los cultivos (% de la SAU)

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La figura 2 muestra que, con las estimaciones más optimistas, el objetivo para el biocombustible para transporte en 2010 se puede alcanzar con una superficie comparable, o incluso menor que la reservada en la UE. Las menores necesidades de suelo en los países de próxima incorporación y en los países candidatos se deben a su consumo de combustible para transporte mucho menor, en comparación con la UE-15.

En el escenario más optimista es posible alcanzar el objetivo de biocombustible para transporte en el año 2010 utilizando una superficie de suelo comparable a la reservada en la UE

En principio, se precisa menos superficie de suelo cuando se produce biocombustible a partir de remolacha y madera (etanol), mientras que la necesidad de suelo es mayor si el biodiesel procede de aceite de semillas. Sin embargo, como ya se ha mencionado, el tratamiento de la madera para obtener etanol es todavía una tecnología experimental. Por otra parte, la remolacha no produce cantidades significativas de subproductos (figura 1) que puedan servir para obtener más energía. Por el contrario, otras materias primas de menor rendimiento de biocombustible para transporte (semilla de colza, trigo), generan grandes cantidades de subproductos con otras posibles aplicaciones energéticas (figura 1), por ejemplo, para la generación conjunta de calor y electricidad. Sin embargo, todos los escenarios considerados producen normalmente otras ventajas energéticas significativas, dignas de tenerse en cuenta para otras aplicaciones energéticas.

Cumplimiento del objetivo indicativo sobre electricidad renovableComo se ha mencionado antes, el objetivo del 22,1% para la producción de electricidad renovable en el año 2010 disminuye algo cuando se incluyen los 10 países de próxima incorporación. Sin embargo, para simplificar, en este análisis se utiliza la cuota del 22,1% como objetivo común para la Unión Europea (UE-15, UE-25, UE-28).

La figura 3 presenta las necesidades agregadas de suelo para alcanzar los objetivos indicativos para el año 2010 en cuanto a electricidad renovable y a biocombustible para transporte simultáneamente. Se asume que el déficit (máximo/mínimo) para alcanzar el objetivo en cuanto a electricidad renovable se cubre únicamente con biomasa. También se asume que se utiliza la bio-materia prima de mayor rendimiento energético total (biocombustible para transporte y subproductos), la biomasa de madera (figura 1). Los cálculos de las necesidades de suelo tienen en cuenta la expansión proyectada de energía hidráulica, geotérmica y eólica5. Asimismo se asume que el subproducto que queda en la producción de combustible para transporte, también se utilizará en la producción de electricidad6.

Figura 3. Mejores estimaciones de las necesidades de suelo en la UE-15, la UE-25 y la UE-28 para alcanzar simultáneamente el objetivo del 5,75% de biocombustible para transporte y el objetivo del 22,1% de electricidad renovable en 2010 (% de SAU)

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La Figura 3 indica que el objetivo del 22,1% para la electricidad renovable se puede cumplir con la expansión básica proyectada de las fuentes de energía renovables. Por tanto, se necesitaría poca o ninguna aportación adicional. Si esta aportación adicional procediera de la biomasa, el aumento marginal de las necesidades de suelo, según el número de países que compongan la UE, sería modesto - en torno a un 1% en el caso más pesimista. Sin embargo, este aumento adicional de las necesidades de suelo puede no ser necesario si, por ejemplo, se incrementa la generación de electricidad eólica. No obstante, como ya se ha mencionado, esta opción no es aplicable al biocombustible para transporte, donde las posibilidades de las fuentes renovables distintas de la biomasa son insignificantes. Como en el caso del biocombustible para transporte, las menores necesidades de superficie de suelo en los países próximos a incorporarse a la UE y en los países candidatos se deben a su menor producción de energía eléctrica, en comparación con la producción de la UE-15.

Debería ser posible alcanzar el objetivo del 22,1% para la obtención de electricidad a partir de fuentes renovables con sólo aumentar ligeramente las necesidades de suelo

Cumplimiento del objetivo indicativo para la energía renovableLa figura 4 muestra las necesidades agregadas de suelo para alcanzar, en el año 2010, los objetivos de consumo interior bruto de energía (CIBE), de electricidad renovable (ER) y de biocombustible para transporte (BT) simultáneamente. Como en el caso anterior de la electricidad renovable, se asume que el déficit existente (máximo/mínimo) antes de que se alcance el objetivo del CIBE, se cubre exclusivamente con biomasa. También se asume que se utiliza únicamente biomasa de madera, la materia prima de mayor rendimiento energético total (biocombustible para transporte y subproductos). Los cálculos de las necesidades de suelo tienen en cuenta la expansión proyectada de otras fuentes renovables7.

Figura 4. Mejores estimaciones de las necesidades de suelo para distintos tamaños de la UE, para conseguir simultáneamente el objetivo del 5,75% para biocombustible de transporte (BT), el objetivo del 22,1% para electricidad renovable (ER) y el objetivo del 12% para el consumo interior bruto de energía (CIBE), en 2010 (% de la SAU)

En las condiciones mencionadas, la figura 4 muestra que en todas las dimensiones de la UE consideradas, debería reservarse una superficie adicional de suelo importante, si el déficit para alcanzar el objetivo del 12% del CIBE renovable en 2010 se cubre utilizando bioenergía. Mientras que, en el escenario optimista, estas necesidades adicionales de suelo son del orden del 2-5%, en el caso pesimista pueden llegar al 8-13% de la SAU total. De nuevo, como en el caso de la electricidad renovable, el déficit para alcanzar el objetivo puede cubrirse alternativamente con otras fuentes renovables, como la energía hidroeléctrica o la eólica. Como en los casos del biocombustible para transporte y la electricidad renovable, las menores necesidades de suelo en los países de próxima incorporación y en los países candidatos se deben a su menor consumo interior bruto de energía, en comparación con el de la UE-15.

Cumplir el objetivo del 12% de consumo interior bruto de energía con biomasa únicamente puede ser una meta difícil. Probablemente lo más factible sea aumentar la cuota de otras fuentes, al mismo tiempo

Conclusiones

Del análisis precedente se pueden extraer algunas conclusiones:

En principio, no es imposible alcanzar simultáneamente los 3 objetivos para energías renovables de la CE, cubriendo los déficit únicamente con biomasa. Sin embargo, en tal caso, en la UE tendría que dedicarse una superficie de suelo importante para fines energéticos, mucho mayor que la que se emplea en la actualidad. Puesto que la disponibilidad absoluta de suelo es constante, esto solamente se podría hacer a costa de otros usos del suelo. Considerando el conjunto de objetivos políticos y las realidades del mercado, conseguir tal aumento sustancial de suelo para fines bioenergéticos parece bastante difícil, en la práctica. De los 3 objetivos renovables, el objetivo de biocombustible para transporte parece ser el que presenta las mayores necesidades absolutas de superficie de suelo. La razón es que este objetivo sólo es técnicamente factible a partir de la biomasa, mientras que los objetivos de electricidad renovable y de consumo interior bruto de energía pueden conseguirse también utilizando otras fuentes de energía renovables. El objetivo de electricidad renovable se puede alcanzar con una expansión planificada de la capacidad eólica y la biomasa que queda en la producción de biocombustible para transporte. De este modo, no haría falta una cantidad apreciable de suelo adicional para alcanzar el objetivo. El objetivo de CIBE agregado puede alcanzarse utilizando recursos importantes de suelo. Alternativamente, sin embargo, el objetivo se podría cumplir con otras fuentes.En todo caso, estas conclusiones no se deben considerar definitivas. Hay un buen número de vías que permitirían reducir las necesidades de suelo, como la utilización de residuos de madera de bosques. Sin embargo, la tecnología necesaria no está aún comercialmente disponible, sino sólo en fase experimental. También sería posible un crecimiento adicional, pero relativamente pequeño, de las capacidades de generación hidroeléctrica, geotérmica y fotovoltaica. Sin embargo, esta posibilidad no se ha contemplado en este análisis, algo abstracto. Y por último, aunque no menos importante, la disponibilidad de biomasa se puede aumentar considerablemente mediante importaciones, por ejemplo, de los países de la antigua Unión Soviética. Tal hipótesis tendría una serie de consecuencias positivas, por ejemplo, la reducción de emisiones de gases con efecto invernadero, o la creación de empleo tanto en los países de la antigua Unión Soviética como en la Unión Europea (ya que, por ejemplo, la producción de bioenergía necesita normalmente más mano de obra que la generación de energía fósil). Sin embargo, ya que los objetivos indicativos para las fuentes de energía renovables se han fijado para los estados miembros de la UE, esta opción no se ha considerado aquí.

Palabras clave

energías renovables, biomasa, necesidades de suelo

Referencias

Parlamento Europeo y Consejo, Directiva 2003/30/CE del Parlamento Europeo y del Consejo sobre la promoción del uso de biocombustibles u otros combustibles renovables para el transporte, 2003. Parlamento Europeo y Consejo, Directiva 2001/77/CE del Parlamento Europeo y del Consejo sobre la promoción de electricidad producida a partir de fuentes de energía renovables en el mercado interno de la electricidad, 2001. Comisión Europea, Comunicación de la Comisión, Energía para el futuro: fuentes de energía renovables. Libro blanco para una estrategia y plan de acción comunitarios, COM (97), 599, 1997. Comisión Europea, Comunicación de la Comisión al Consejo y al Parlamento Europeo sobre una estrategia forestal para la Unión Europea, COM (1998), 649, 1998. Consorcio GAC, dirigido por el Centro Aeroespacial de Alemania, Combustibles renovables para el transporte transfronterizo, Informe provisional para la DG ENV, 2003. Página web del Oak Ridge National Laboratory sobre biocombustibles: http://bioenergy.ornl.gov/papers/misc/energy_conv.html IPTS, Techno-economic analysis of Bio-diesel production in the EU: a short summary for decision-makers, EUR 20279, 2002. IPTS, Techno-economic analysis of Bio-ethanol production in the EU: a short summary for decision-makers, EUR 20280, 2002.AgradecimientosEste artículo se basa en un estudio interno del IPTS realizado en febrero de 2003 por P. Jensen (en ese momento trabajaba en IPTS, actualmente trabaja en la Agencia Europea de Medio Ambiente), con aportaciones adicionales del Dr. Peter Russ (IPTS) y de B. Kavalov.

Notas1. La publicación del IPTS Techno-economic analysis of Bio-ethanol production in the EU fija 5-7 GJ/t, como rendimiento medio de etanol de la biomasa de la madera. Según GAC (2003), el rendimiento habitual de las zonas madereras (incluyendo los árboles de crecimiento rápido) es de 3-30 t/ha al año, con un valor medio de 11 t/ha. Por tanto, 5-7 GJ/t, multiplicado por 11 t/ha, da 55-77 GJ/ha. Sin embargo, la producción de etanol a partir de la biomasa de la madera todavía se encuentra en fase experimental. Por tanto, las cifras de rendimiento energético por hectárea deben considerarse como indicativas, y no como valores exactos, debido al grado relativamente elevado de incertidumbre.

2. Según datos del Oak Ridge National Laboratory, el contenido energético total de la biomasa procedente de la madera varía entre 15 y 22 GJ/t. Por tanto, 15-22 GJ/t, multiplicado por 11 t/ha - el rendimiento medio de la madera - da 165-242 GJ/ha. Si se deduce el rendimiento de etanol (55-77GJ/ha), lo que queda para otros productos energéticos varía entre 110 y 165 GJ/ha.

3. Las dimensiones de la UE consideradas aquí son la UE-15, la UE-15 más los 10 países próximos a incorporarse (UE-25) y finalmente la UE-25 más los actuales 3 países candidatos: Bulgaria, Rumanía y Turquía (UE-28). La previsión para el 2010 sobre el consumo de combustible de automoción, así como otras previsiones sobre producción de electricidad y consumo interior bruto de energía, se han tomado del modelo energético POLES, utilizado por el IPTS. Puesto que el modelo POLES agrupa los países de un modo diferente al empleado aquí, se han hecho algunas aproximaciones. Por tanto, algunas cifras pueden no corresponder totalmente con otras proyecciones. Se consideran en total cinco composiciones: 100% colza; 50% colza y 50% trigo; 50% remolacha y 50% trigo; 50% remolacha y 50% biomasa de madera; y finalmente100% biomasa de madera.

4. La superficie agrícola utilizada comprende todo el suelo que se puede usar para producción de biomasa: tierra cultivable, pastos permanentes, cultivos permanentes, cultivos bajo cubierta y huertos.

5. De los resultados del modelo POLES, con las aproximaciones correspondientes a los países próximos a incorporarse y a los países candidatos. En el caso de la energía eólica, el aumento procede sólo de la UE-15, donde el modelo POLES prevé un crecimiento importante. Por otra parte, puesto que la energía eólica prácticamente no existe en la actualidad en la mayoría de los países de próxima incorporación y candidatos, no se ha contemplado aportación alguna de dichos países.

6. Después de la reducción correspondiente, debido a las pérdidas por conversión (que se suponen en torno al 60 %).

7. De los resultados del modelo POLES, con las aproximaciones correspondientes para los países de próxima incorporación y para los países candidatos.