ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN Factibilidad de generación de ... · Guachochi tmunicipality of Chihuahua State. The area has a semi cold climate, with temperature and precipitation

67Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Factibilidad de generación de electricidadmediante gasificación de residuos de

aserradero en el norte de México

Feasibility of generating electricity through gasification ofsawmill residues in the North of Mexico

Salvador Balderrama-Castañeda1, Concepción Luján-Álvarez2,David K. Lewis3, Juan A. Ortega-Gutiérrez1,

Bernardus H.J. de Jong4 y Tonatiuh Nájera-Ruiz5

rESuMEN

Se evaluó la factibilidad de generar energía eléctrica a partir del uso de residuos del aserrío mediantela tecnología de gasificación en dos aserraderos ejidales, Rocheachi (RO) y Tatahuichi (TA), en elmunicipio de Guachochi, Chihuahua. El área se ubica en un clima semifrío, con medias anuales detemperatura y precipitación de 10,6 ºC y 800 mm, respectivamente; la vegetación está constituida porbosque de pino y pino-encino; las especies maderables son principalmente Pinus arizonica y P. durangensis. Se caracterizó el flujo de residuos, su composición química y su valor energético. Seseleccionó la tecnología de gasificación de cama fija con flujo hacia abajo con costos y especifica-ciones de un proveedor chino. Se asumió una conversión bioenergética de 1,3 kgMS/kwh y un factorde planta de 80%; el uso total de la electricidad sería alumbrado público municipal al 80% del costode la tarifa normal. Se evaluó la viabilidad financiera de sistemas con capacidades a (100, 200, 400 y800) kw bajo tres escenarios: base, optimista y pesimista. Se valoró el efecto de ingresos adicionalespor venta de bonos de carbono en el mercado voluntario a (4, 5 y 6) US$/tCO2. La tasa interna deretorno (TIR) se incrementó consistentemente con la capacidad del sistema; el sistema a 800kw tuvola mejor perspectiva económica. Los resultados fueron negativos y positivos en todos los escenariospara las capacidades de 100 kw y 800 kw, respectivamente. Sin bonos de carbono, la rentabilidadprivada solo resulta aceptable (13%) en el sistema a 800kw en un escenario optimista. El impacto delos bonos se reflejó en incrementos en la TIR de 1,1 a 1,6% en el sistema de 400 kw y de 2,3 a 2,9%en el de 800 kw. Bajo estas condiciones, los sistemas evaluados reunirían los requisitos de adiciona-lidad que demanda el mercado del carbono.

PALABRAS CLAVE: Energía eléctrica, residuos de aserrío, gasificación, factibilidad.

1 UACH, Facultad de Zootecnia y Ecología, Km. 1 Perif. F.R. Almada s/n, Chihuahua. CP 31453. c.e.: [email protected],

2 UACH. Facultad de Ciencias Agrícolas y Forestales. Km. 2.5 Carretera Delicias-Rosales, Delicias,Chihuahua, Mex. CP 33000. c.e.: [email protected]

3 Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma.4 El Colegio de la Frontera Sur, Villahermosa, Tabasco, México.5 SolBridge International School of Business. Daejeon, Corea del Sur.

68 Factibilidad de generación de electricidad mediante gasificación...

ABSTrACT

The feasibility of converting sawmillresidues in electricity through gasifica-tion was evaluated in two ejido sawmills,Rocheachi and Tatahuichi, in theGuachochi municipality of ChihuahuaState. The area has a semi cold climate,with temperature and precipitationannual means of 10,6 oC and 800 mm,respectively; the tree cover is dominatedby pine and pine-oak communities withPinus arizonica and P. duranguensisbeing the main species used for logging.The residues flow was estimated and itschemical composition and heating valuecharacterized. The selected technologywas the fixed bed downdraft gasifier; thecosts and specifications data wereprovided by a Chinese supplier. Themain assumptions were: 1,3 kgDM/kwh,80% plant factor, electricity output soldfor street lighting at 80% of commercialprice. The financial viability was evalu-ated through the configuration of (100,200, 400 and 800) kw systems and threescenarios: base, optimistic andpessimistic. The effect of additionalrevenues from carbon credits sold at thevoluntary market at 4, 5 and 6 US$/tCO2

was assessed. The internal rate of return(IRR) increased consistently withincreasing the systems’ capacity with the800kw being the most economicallyattractive. without carbon credits, the100 kw system showed no positivevalues at any scenario whereas the 800kw system was the only one with posi-tive IRR in all the scenarios with a rangeof 3% to 13%; the additional revenuesfrom carbon credits added 2,3 and 2,9%to the low and high scenarios, respec-tively. In the context of the study, thesystems evaluated would satisfy theadditionality criteria required by thecarbon market.

KEywORDS:Electric energy, sawmill residues, gasifi-cation, feasibility.

INTrODuCCIóN

Los residuos de la industria de la maderason considerables en los países endesarrollo, por lo cual sugieren un altopotencial para la generación de energía(Tomaselli, 2007). En la actualidad, laenergía de la madera es competitiva en el

mercado, particularmente cuando seorigina como residuo de la industria delprocesado de la madera.

En México, los recursos bioenergé-ticos potenciales representan entre 54% y81% de la oferta interna bruta de energíaprimaria y 10 veces su uso actual(Masera y Fuentes, 2006). En formaespecífica, la cantidad de subproductosde la extracción forestal y la industriamaderera con potencial energético seríandel orden de 3,6 millones de toneladas(peso seco)/año, equivalentes a 71PJ/año (Ghilardi et al., 2006). Esto corres-ponde a 2,3% de los recursos de biomasadel país.

Las emisiones totales de Méxicoascienden a 643 millones de toneladas deCO2e/año (INE, 2006). El uso de la bioe-nergía contenida en los residuos deindustrias como los aserraderos, tienepotencial para contrarrestar emisiones deCO2 de otros sectores, entre ellos el deuso del suelo, cambio de uso de suelo ysilvicultura (USCUSS), el cual contribuyecon 90 millones de toneladas de CO2e.

Juárez et al. (2003) señalaron queen el estado de Chihuahua había un totalde 335 aserraderos con una capacidadanual de 1,58 millones de m3/año. Elpotencial bruto de residuos generadospor esta industria podría estar entre los(475 a 630) millones de m3/año, si seasume, con base en datos de Orta yJuárez (2000) y FAO (1990), que laeficiencia de conversión de trocería aproductos primarios y secundarios seencuentra entre 60% y 70%.

La disposición de los residuos delasierre, que por décadas se ha tenido enlos aserraderos de Chihuahua, ha sido deforma descontrolada en la mayoría de loscasos. Aunque localmente no existendatos concretos sobre la contaminaciónde los aserraderos, entre los impactos

69Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

ambientales negativos se encuentra elarrastre a las corrientes de agua de lixi-viados tóxicos, como el ácido tánico otaninos y material en partículas finas (EPA, 1999; Saha y Kaviraj, 1996; Breweret al., 2001). Otro impacto negativo sonlas emisiones de gases con efecto deinvernadero por la descomposición anae-robia y la combustión incompleta queocurren en la disposición de residuoscomúnmente realizada en los aserra-deros.

En términos de conversión energé-tica de biomasa a electricidad, destaca eldesarrollo tecnológico y comercial que hatenido la gasificación, debido a su flexibi-lidad y relativamente alta eficiencia conrespecto a las tradicionales por combus-tión (FAO, 2008). La tecnología de gasifi-cación es actualmente la opción másapropiada para proveer de electricidad ensistemas pequeños, a comunidades ypequeñas industrias (Abe et al., 2007).Los sistemas de gasificación, además deser más eficientes, son más baratos, susrefacciones tienen mayor disponibilidad ylas reparaciones se puede realizar in situ(Knoef, 2000).

En México, la tecnología de gasifica-ción se encuentra aún en la primera fasede estudio, con el primer laboratorio envías de implantación en el Instituto deIngeniería de la UNAM (Aguillón, 2007;comunicación personal). El rezago tecno-lógico de México en materia de gasifica-ción se atribuye en gran medida a ladependencia de los combustibles fósilespara satisfacer la demanda de energía.No obstante, en México no existen polí-ticas públicas orientadas hacia el aprove-chamiento de la bioenergía, ni un marcojurídico específico o incentivos fiscalesparticulares (De Buen y Aguillón, 2006).

Además de beneficios ambientales anivel global y regional, el uso de biomasa,como fuente de energía renovable, tiene

impactos positivos locales en la genera-ción de empleo, una necesidad igual-mente crítica para el desarrollo susten-table de las comunidades serranas.

OBJETIvOS

1. Evaluar la viabilidad técnica, econó-mica y financiera de sistemas de genera-ción de electricidad a partir de los resi-duos en los aserraderos ejidales Ro-cheachi y Tatahuichi, municipio deGuachochi, en la alta Sierra Tarahumara,estado de Chihuahua, México.

2. Evaluar los beneficios económicos delos sistemas de generación de energíaconsiderados en el estudio, derivados deuna posible participación en el mercadode bonos de carbono.

mETODOLOGÍA

Área de estudio

Los aserraderos ejidales Rocheachi yTatahuichi, unidades objeto de estudio, seubican en el municipio de Guachochi, alsuroeste del estado de Chihuahua, a unadistancia media de 350 km de la ciudadde Chihuahua, mediante los enlacescarreteros Chihuahua-Cuauhtémoc-Gua-chochi y Chihuahua-Parral-Guachochi(Figura 1).

En 2005, los ejidos Rocheachi yTatahuichi contaban con poblaciones de1799 y 1154 habitantes y 759 y 289 bene-ficiarios, respectivamente. La poblaciónse encuentra dispersa en alrededor de 30localidades en cada ejido. Las localidadesdonde se ubican los aserraderos sonRocheachi (Rocheachi) y Hueleybo (Tata-huichi); según el Instituto Nacional para elFederalismo y el Desarrollo Municipal(INAFED, 2008), estas comunidades teníanen 2000 una población de 681 y 191 habi-


tantes; 14% y 18% eran derechoha-bientes de los sistemas de salud IMSS eISSSTE; su escolaridad promedio es de 6,9y 5,1 años y su analfabetismo de 7% y11%, respectivamente. La primera seencuentra totalmente electrificada, mien-tras que la segunda se encuentra enproceso de electrificación y el aserraderose ha autoabastecido de energía pormedio de planta generadora a diesel.

El clima del área es templadohúmedo, clasificado como C(E)w2(x),dentro del subgrupo de climas semifríos“C(E)” (García, 1990). La temperaturamedia anual es 10,6 ºC, con extremas de-13,2 ºC y 31,5 ºC; se tiene un periodo deheladas de 217 días. La precipitaciónmedia anual en la cuenca (Región Hidro-lógica 10 – Sinaloa) es de 803 mm; latemperatura media oscila entre (5 y 12)ºC. La vegetación está constituida porbosque de pino y bosque de pino-encino;en el primero predomina Pinus arizonica yP. durangensis. Entre las no pináceasdestacan Quercus rugosa, Q. sideroxyla yJuniperus deppeana.

Evaluación técnica

Características de los aserraderosLos aserraderos del estudio, Rochea-

chi y Tatahuichi, son similares en cuanto asu infraestructura y orientación demercado; la tabla producida en el asierreprimario se vende sin clasificar a madere-rías y les provee la mayor parte de susingresos. En 2006, los productos delasierre primario y secundario en Rochea-chi y Tatahuichi, totalizaron 6 600 y 2 521m3, respectivamente (Tabla 1).

Flujos de residuos combustiblesSe identificaron las unidades, su

equipamiento, sus insumos y productos yel uso de la superficie en la zona delaserradero. Se tomaron muestras deaserrín y se determinó el contenido de humedad conforme a la metodologíadescrita por la American Society forTesting Methods (ASTM) en la norma E 872-82. Con la colaboración del Centrode Investigación en Materiales Avan-zados (Cimav), se realizó un análisiselemental (C,H,O,N,S) en muestras de

Figura 1. Localización del área de estudio: ejidos forestales Tatahuichi y Rocheachi,municipio de Guachochi, Chihuahua.

71Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

aserrín y corteza, y un Escaneado Dife-rencial Calorimétrico (DSC-TGA) (Price,2006), a través del cual se determinó elcontenido de compuestos orgánicos volá-tiles y carbono fijo en muestras deaserrín, con y sin corteza.

El valor energético superior (VES) enMJ/kg, se estimó con los resultados delanálisis elemental, según la ecuaciónpropuesta por Meraz et al. (2003) queexpresa la aportación energética de loselementos carbono, hidrógeno, oxígeno,nitrógeno y azufre en función de su conte-nido porcentual en la biomasa, en baseseca, de la siguiente manera:

VES =(1−(%H2O/100))(−0,3708(%C)−1,1124

(%H)+0,1391(%O)−0,3178(%N)−0,1391(%S))

El coeficiente de asierre se estimócon base en muestras parciales, noestandarizadas, de trozas de diferentesdiámetros en el asierre primario y depedacería en secundarios como semuestra en la tabla 2. Los valores obte-nidos se validaron por comparación conlos de la literatura especializada.

Selección de la tecnologíaA través de internet se recopiló infor-

mación técnica y de costos sobre latecnología de gasificación en sistemas apequeña escala. Se estableció contactocon proveedores de China, Alemania yEstados Unidos. Los criterios más impor-tantes considerados fueron el costo delequipo por kilowatt y la oferta de serviciosadicionales para la instalación y arranquede una planta de gasificación.

Tabla 1. Características técnicas de los aserraderos Tatahuichi y Rocheachi.

Rocheachi Tatahuichi

Superficie total 30 000 m2 25,000 m2

Infraestructura 1 aserradero principal 1 aserradero principal2 aserraderos diámetros menores 1 aserradero diámetros menores

Taller de secundarios (palilleras, tableteras) Taller de secundarios1 astilladora

1 descortezadora (sin instalar)

Operadores en asierre primario 39 38

Operadores en asierre secundario 39 Sin datos

Fuente de electricidad Red CFE Motor diesel (en proceso de conexión a red CFE)

Tiempo en operación (años) 36 39

Capacidad de asierre diario (pie tabla) 9 000 9 000

Asierre total en 2006 (m3) 1/ 6 600 2 521

1/ Incluye primarios (tabla) y secundarios (reja, palillo, tarima y polín)


La tecnología seleccionada para esteestudio fue la de flujo hacia abajo decama fija (downdraft fix bed), por ser laque produce menor cantidad de residuosde alquitrán. Las fases mayores delproceso se muestran en la figura 2.

Emisiones evitadasLa cantidad de carbono fósil susti-

tuido por efecto de la generación de elec-tricidad por medio de energía renovablese calculó conforme a lo siguiente:

Cantidad anual neta de energía producida (CANEP)= Cantidad total

de electricidad producida – factor deconsumo interno (5%).

CO2 sustituido = (CANEP (kwh) * Factorde emisión para planta termoeléctrica a

gas (0,6 tCO2/Mwh)) - emisiones del proceso (EP).

Las EP tuvieron los siguientescomponentes:

1. emisiones de CO2 por vehículosde transporte estimados por los factores

de emisión de 2,35 kgCO2/l para gasolinay de 2,69 kgCO2/l para diesel (EIA).

2. emisiones de CO2e durante lainstalación del sistema. Incluyen trans-porte aéreo, terrestre y electricidad. Parael transporte aéreo se consideró el factorde emisión de 0,110 kgCO2/km/persona(Clean Air Conservancy, 2008).

El valor de los bonos de carbono fueasignado conservadoramente, segúnconceptos y rangos de precios para elmercado voluntario encontrados eninformes recientes del mercado interna-cional de carbono (Kollmuss et al., 2008;Capoor y Ambrosi, 2007).

Análisis económico y financiero

Los principales supuestos técnicos delsistema para el análisis económico sepresentan en la tabla 3. La tecnologíapropuesta a utilizar es la gasificación debiomasa, con gasificador de tipo camafija y flujo hacia abajo (fixed bed down-draft).

Tabla 2. Muestras de aserrío realizadas en los aserraderos del estudio para estimar el coeficiente de aserrío

Cantidad Volumen (m3) Variables medidas

ROCHEACHI

Trozas 31 2,391/ Volumen aserrín y pedacería

Trozas 15 5,891/ Volumen nominal de tabla

Trozas 15 3,461/ Volumen de aserrín

Pedacería mayor 751 kg -- Recuperación en kg de tableta, aserrín y

pedacería

Tiras desorillado 460 kg -- Recuperación en kg de palillo, aserrín y

pedacería

TATAHUICHI

Trozas 5 1,332/ Recuperación en kg de tabla,

pedacería mayor, recortes y aserrín

Trozas 30 5,762/ Volumen y contenido de humedad de aserrín

73Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

Figura 2. Secuencia de los principales procesos de la tecnología de gasificaciónseleccionada para el estudio.

Tabla 3. Principales variables y valores utilizados en el estudio.

Variable Valor

Factor de planta 80%Días laborados/año 335Horas/día 24Conversión de biomasa a electricidad (kg MS/kwh) 1,3Contenido de humedad de la biomasa combustible (b.h.) 15-20%Consumo interno de electricidad por el sistema 5%Residuos sólidos (carbón, cenizas) 6%Residuos de alquitrán y partículas <20mg/m3

Consumo de agua 6 m3/100kwRango de superficie ocupada por instalaciones 924-5,280 m2

Tarifa CFE base para ingresos por ventas 80% de 5-A Precio de venta de energía eléctrica en año 1 $MX 1,53Incremento en la tarifa CFE por encima de la inflación 1,45%Incremento anual en consumo municipal 4%Impuestos (IVA, reparto de utilidades, otros) 47%Tipo de cambio (MX$/US$) 11,05Costo anual de financiamiento 9%Tasa anual de descuento 5%


El material combustible proviene de resi-duos de asierre de trozas sin descortezary consiste en astilla y aserrín comprimido,cuya preparación consideró el tamaño ycontenido máximo de humedad especifi-cados por el fabricante del equipo. Eldiseño de las instalaciones contempla unárea de producción (gasificador, motor ygenerador), un área administrativa(oficina), espacios para reserva y secadode combustible y patio para descargatemporal de residuos.

Los costos de equipo, flete, instala-ción y características técnicas (vida útil,mantenimiento, generación de residuos)se basaron en el proveedor con la mejoroferta. Las necesidades de mano deobra, espacios para el trabajo operativo yadministrativo, y equipo complementario,fueron estimadas con base en la literaturay la experiencia personal. Las necesi-dades de fuerza de trabajo se ajustaronen forma decreciente al incrementar lacapacidad de los sistemas. La mano deobra incluyó las prestaciones de ley, inclu-yendo la distribución de utilidades.

Se elaboraron flujos de efectivo enhoja electrónica Excel para sistemas degeneración de electricidad configurados alas capacidades de 100, 200, 400 y 800kw. Se asumió que las necesidades demateria prima adicional, para los dos

sistemas mayores, podrían ser satisfe-chas mediante la compra a otros aserra-deros en la zona. Debido a la ubicacióngeográfica de los aserraderos del estudio,se asumieron dos zonas de abasteci-miento según radios de 10 y 50 km.

Los indicadores financieros fueron elValor Neto Actual (VNA), la Tasa Interna deRetorno (TIR) y la TREMA. La viabilidadfinanciera de las diferentes capacidadesde sistemas de generación de energíaeléctrica se definió con base en losiguiente:

TREMA = TIIE a 28 días + 3 puntos

donde:

TREMA = Tasa de Rentabilidad MínimaAceptable,TIIE = Tasa de Interés Interbancaria deEquilibrio (vigente al día).

Se evaluó la sensibilidad de la TIR de lascuatro capacidades de sistema (100 kw,200 kw, 400 kw y 800 kw) a la modifica-ción de cinco variables principales; elanálisis de sensibilidad contempló tresescenarios: base, optimista y pesimista(Tabla 4). Adicionalmente, se integró elefecto de los posibles ingresos adicio-nales por venta de bonos de carbono atres valores, (4, 5 y 6) US$/tCO2.

Tabla 4. Configuración de los escenarios para el análisis de sensibilidad

Variable Escenario optimista Escenario pesimista Escenario intermedio

Factor de carga 85% 75% 80%Costo de la materia prima -10% + 10% 0% cambioTarifa 5-A CFE 1,8% 1,1% 1,45(porcentaje por arriba de la inflación)Costo equipo gasificación instalado -5% + 5% 0% cambioCosto del financiamiento 8% 10% 9%Precio de créditos de carbono 6 4 5

(US$/tCO2e)

75Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

rESuLTADOS y DISCuSIóN

Flujo y valor económico de losresiduos combustibles

Los flujos de productos y residuos de losdos aserraderos se presentan en la tabla5. Los valores encontrados paraproductos y subproductos estuvierondentro de los rangos consignados porJuárez (2000), Orta y Juárez (2000) yZavala y Hernández (2000), en estudiossobre coeficientes de asierre en México.La menor eficiencia en Tatahuichi sepuede atribuir a un menor equipamientopara secundarios y al mayor deterioro desu equipo de asierre primario.

valor económico de los residuos

La tabla 6 muestra una comparaciónentre los aserraderos del estudio encuanto al uso y valor de sus residuos.Mientras que en Rocheachi, estos sequemaban, se regalaban o se vendían a

muy bajo precio, en Tatahuichi se obte-nían beneficios económicos importantes.Desde hace dos años, este último haestado descortezando las trozas y otrosresiduos y comercializando astilla yaserrín libres de corteza. Estos subpro-ductos equivalen a 35% del volumen detrocería que ingresa a sus patios (Tabla6). Se estimó que en el 2007, la venta deestos subproductos a la empresa Dura-play en Parral, Chihuahua, aportó a esteaserradero arriba de 10% de sus ingresostotales. La demanda de residuos, particu-larmente descortezados, por parte de laindustria de los tableros, ha abierto unmercado en esta zona del estado, lo queha incrementado el valor de los residuosdel aserradero considerados con poten-cial bioenergético. Por otro lado, en Tata-huichi no se tiene aún una forma de darlevalor a la corteza, y su acumulacióndispersa en los patios del aserraderoresulta en un valor negativo; la maniobrapara distribuirla en las zonas arboladascolindantes se estimó en $40/t MS

(Tabla 6).

Tabla 5. Productos y subproductos del asierre en los aserrraderos Rocheachi y Tatahuichi en 2006.

Rocheachi Tatahuichi

Producto m3 Porcentaje m3 Porcentaje

Productos primarios 5 577 51,2 2 5211/ 56,0

Productos secundarios2/ 1 023 9,4 — —

Pedacería mayor 1 532 14,1 — —

Pedacería menor, capote 873 8,0 — —

Aserrín 1 541 14,2 521 11,6

Tabla cero 3/ 343 3,2 — —

Astilla — — 1 054 23,4

Corteza — — 405 9,0

Volumen total aserrado 10 889 100 4 501 100

1/ Incluye productos primarios y secundarios.2/ Incluye reja, palillo, tarima y polín.3/ Tabla defectuosa de desecho.


Los compradores de los productos secun-darios son, por lo general, intermediariosde nichos del mercado regional ynacional. Se estimó que en los talleres desecundarios se procesa de 9% a 15% delvolumen de trocería que ingresa a losaserraderos de Rocheachi y Tatahuichi,respectivamente. En este último, el valortotal de las ventas anuales de estosproductos fue de alrededor de 18% en2006.

Impactos ambientales de los sistemasde gasificación

La producción de gas limpio en lossistemas de gasificación de biomasa esactualmente uno de los objetivos másimportantes de la investigación a nivelmundial (Kwant y Knoef, 2004). Los prin-cipales contaminantes son: polvo y partí-culas finas (soot), alquitranes, metales

alcalinos y gases ácidos y alcalinos(Good et al., 2005). La disposición de losalquitranes podría ser mediante recicladoal gasificador o incinerado; otras formasde disposición son inaceptables(Maniatis, 2001). Según las especifica-ciones técnicas del sistema seleccionado,cama fija y flujo hacia abajo (fixed beddowndraft), de la firma Chonqing welluck,los residuos de alquitrán y partículas sondel orden de <20 mg/m3 de gas produ-cido, el cual se considera de los másbajos en sistemas comerciales.

Análisis financiero

La TIR se incrementó consistentemente alincrementarse la capacidad del sistema.El sistema a 100 kw no mostró resultadospositivos en la tasa interna de retorno (TIR)en ningún escenario y se excluye en lafigura 3, donde aparecen los resultados

Tabla 6. Cantidad potencial de residuos combustibles en los aserraderos del estudio y su valor económico.

Tipo de subproducto t MS 1/ Porcentaje Valor ($MX/t) Uso

ROCHEACHITiras de desorillado 735 38,8 $ 50 Colectado por fleteros de la

comunidad; vendido a intermediarios de la industria

Pedacería menor con corteza 419 22,2 $ 0,0 Leña, disposición por quema en húmedo

Aserrín 740 39,0 $ 37 Venta in situ a la industria, quema

Suma 1 894 100,0

TATAHUICHIAstilla 547 52,4 $ 391 Venta in situ a la industria

Aserrín 302 29,0 $ 57 Venta in situ a la industria

Corteza 194 18,6 -$ 40 Acumulado en patio

Suma 1 044 100,0

1 / Derivado de tabla 4; se asumió una gravedad específica en verde de 0,48 (USDA-FS, 1979).

77Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

para los sistemas 200, 400 y 800 kw.Hubo una diferencia redondeada de 14puntos de TIR entre los sistemas de 200 y800 kw en el escenario intermedio y de 12puntos en el optimista. Dentro de cadasistema, la TIR tuvo una variación de alre-dedor de 10 puntos entre el escenariooptimista y el pesimista. El sistema a 800kw fue el único que tuvo una TIR positivaen los tres escenarios. Los resultadosmuestran claramente el efecto deeconomía de escala, sin embargo, talefecto fue no lineal, ya que al duplicar lacapacidad de (200 a 400) kw la TIR seincrementa casi nueve veces, pero sola-mente 0.35 veces al duplicarse la capa-cidad de (400 a 800) kw.

El sistema a 800 kw, bajo el esce-nario optimista, es el único que satisfacela TREMA de 10%. De este modo, es elsistema que podría potencialmenteoperar con autonomía financiera en lascircunstancias más favorables. Debajo deesta capacidad, sería necesaria la partici-pación de fondos externos al proyecto.

Créditos de carbonoDebido a su flexibilidad y menores

costos de transacción, el mercado volun-

tario es actualmente la alternativa másaccesible para pequeños proyectos enpaíses en vías desarrollo. Estos son típi-camente pequeños proyectos de genera-ción de energía renovable. Para elpresente estudio, el mercado voluntariose consideró la opción más viable; elprecio considerado US$ 5/tCO2e se ubicaen la parte baja del rango referido porGreen Markets International (2007).

Al integrar al análisis financiero laposibilidad de obtener los bonos delmercado voluntario, correspondientes a lasustituciones estimadas de combustiblesfósiles, se contemplaron escenarios paralas capacidades mayores, (400 y 800)kw, por ser estas las que presentaronmejores perspectivas económicas (Figura4). El impacto de los bonos se reflejó enincrementos en la TIR de 1,1% a 1,6% enel sistema de 400 kw y de 2,3% a 2,9%en el de 800 kw. Como puede apreciarse,en este último los bonos de carbono, enlos tres niveles de precio considerados,incrementaron la TIR por arriba de 10%,establecido como la TREMA para elanálisis. Debido a esto, un proyecto degeneración de electricidad con biomasa,bajo las condiciones descritas en este

Figura 3. Valores de la TIR en tres escenarios y capacidades de sistema con al menosun valor mayor a cero.


estudio, cumpliría con el criterio de adicio-nalidad que se requiere en los Meca-nismos de Desarrollo Limpio. Capaci-dades de 400 kw o menores requeriríancontar, además de ingresos por bonos decarbono, de subsidios especiales, si suimplementación es de carácter estraté-gico.

Otro indicador afectado favorable-mente por los ingresos adicionales de laventa de bonos de carbono, es el tiempopara recuperar la inversión inicial. Nueva-mente se tuvo un mayor impacto en losdos sistemas con mayor capacidad, (400y 800) kw. En general, el tiempo pararecuperar la inversión varió de 4,6 añosen el sistema a 800 kw con bonos a 6US$/t CO2, a más de 15 años en elsistema a 200 kw sin bonos de carbono.Dentro de cada sistema, el impacto de losingresos adicionales por bonos decarbono tendió a incrementarse al pasardel escenario optimista al intermedio y alpesimista. En los dos sistemas mayoresse observa una reducción máxima de 0,8años en el escenario optimista a 1,7 y 2,5años en los sistemas a (400 y 800) kw enel escenario pesimista.

Efecto de cada variableLa figura 5 muestra el efecto del

cambio observado en la TIR por la varia-ción en una unidad porcentual en lasvariables consideradas en los escenariospropuestos en este estudio. La variablemás sensible fue sin duda el precio deventa; una variación de ± 1% resultó conuna oscilación de la TIR en 2,5 unidadesporcentuales. Junto al precio de venta,las variables financiamiento y factor deplanta son el grupo de variables con unsegundo efecto más importante en la TIR.El costo de la materia prima mostró lamenor sensibilidad de las cinco variablescon alrededor de 0,1% de cambio porcada unidad porcentual de cambio.

El precio de venta se basó en latarifa 5-A de la Comisión Federal de Elec-tricidad para el alumbrado público. En losúltimos 10 años esta tarifa se ha mante-nido consistentemente entre 1 y 2 puntosporcentuales por arriba de la inflación.Este hecho refleja el sentido de la políticaoficial, tendiente a garantizar los resul-tados financieros positivos para el sectorenergético y es, por lo tanto, un aspectoque disminuye la incertidumbre natural eneste tipo de proyectos.

Figura 4. Tasa Interna de Retorno proyectada en el escenario intermedio para lossistemas de 400 y 800kw con y sin bonos de carbono.

79Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

Costo de producción por kWhAunque en gran medida el contexto

socioeconómico es un factor determi-nante de los costos de producción, esteindicador permite comparar en quémedida la generación independiente deelectricidad puede competir con otrasfuentes de energía eléctrica. Los valoresabsolutos de los costos disminuyeron alincrementar las capacidades de lossistemas configurados. En cada uno delos tres escenarios simulados, los costosde la energía de la capacidad más baja(100 kw) fueron alrededor de 2,7 vecesmayores que los de la más alta (800 kw)(Figura 6). Junginger et al. (2006), anali-zaron curvas de aprendizaje en plantasde cama fluidizada a nivel mundial yconcluyeron que la economía de escalaera el factor que mejor explicaba lasreducciones de costos; los costos deelectricidad disminuían entre 8% y 9% porcada duplicación de la producción deelectricidad.

Faaij et al. (1998) compararon lasopciones de biomasa y carbón en lageneración de electricidad. El costoprivado proyectado para 2005 fue de

€0,068 (US$0,099) y 0,038/kwh(US$0,099) (miliEuros/kwh) parabiomasa y carbón, respectivamente. Sinembargo, si los daños externos y losbeneficios cuantificados son incluidos, elrango de costos asciende a 53-70mECU/kwh y 45-72 mECU/kwh para labiomasa y carbón, respectivamente fuede 1,4619.

Estructura de costosLa figura 7 muestra la participación

porcentual de los diferentes rubros de loscostos. Los activos productivos incluyenla inversión inicial en obra civil, equipo degasificación y de transporte; los de inter-conexión comprenden las cuotas estable-cidas por la Comisión Federal de Electri-cidad por conexión y uso de la red alám-brica. La mano de obra es con mucho elinsumo más importante en las cuatrocapacidades consideradas en el estudio,con un promedio de 30%. Siguientes enmagnitud son los costos de financia-miento y materia prima con 16% y 13%,respectivamente. El diseño del proyectocontempla un amplio uso de mano deobra para el manejo, preparación y trans-porte de los combustibles biomásicos, así

Figura 5. Oscilación entre los escenarios optimista y pesimista en unidades de TIR porcada unidad porcentual de cambio en las variables consideradas en el análisis de

sensibilidad.


como para la disposición de residuos. Sinembargo, es muy posible que lossistemas de 400 y 800 kw requieranequipo adicional para la carga y descargade camiones, así como para la reubica-ción de inventarios y secado del materialcombustible. La figura 7 muestra que loscostos de la materia prima, en caso de losdos sistemas mayores, tienen una altaparticipación de costos por mano de obraindirecta, un componente contemplado enla fase de transporte.

Los costos de mano de obra, tantodirecta como indirecta, constituyen unode los aspectos de mayor impacto posi-tivo en el entorno socioeconómico de unproyecto de generación de electricidadpor biomasa. En caso del sistema a 800kw, el transporte llega a representar 50%del costo total de la materia prima. Alconsiderar esto, la derrama económica enmano de obra alcanza a comprender másde la tercera parte de los costos totalesen caso de un sistema de 800 kw.

Figura 6. Costo de producción en MX$/kwh en los tres escenarios de los cuatrosistemas del estudio.

Figura 7. Estructura de costos para los sistemas de generación de electricidad.

81Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

CONCLuSIONES y rECOmENDACIONES

En esta zona del estado, con geografíacaracterísticamente accidentada, seconsidera viable la concentración de resi-duos de aserrío para la operación de unaplanta de generación de electricidad, conun rango de capacidad entre 400 y 800kw. En virtud del evidente efecto deescala, una capacidad de 800 kw sería lamás viable económicamente.

Se encontró que la TREMA es alcan-zable si se consideran los ingresosadicionales que generarían los bonos decarbono, incluso a un precio de US$4/tCO2e, por el sistema a 800 kw en unescenario intermedio. Dado esto, unproyecto con estas características satis-face el criterio de adicionalidad quedemanda el mercado regulado decarbono. Se considera que el proyectotendría mejores posibilidades dentro delmercado voluntario, donde la colocaciónde los bonos de carbono apoyaría coningresos adicionales del orden de (4 a 6)US$/tCO2e y totales de US$10,639 aUS$15,958 por año. Otro beneficio seríasu impacto en la economía local a travésdel empleo que genera directamente enla operación de la planta e indirectamenteen la maniobra y transporte del combus-tible biomásico.

En cuanto a los beneficios ambien-tales, un proyecto de conversión bioener-gética de residuos como el presente,conllevaría la eliminación de prácticascon impactos ambientales negativoscomo la quema incontrolada y la disposi-ción de residuos en condiciones queliberan contaminantes al agua y a laatmósfera. Algunos de esos impactos,como las emisiones de gases de inverna-dero por quema no controlada, puedenser estimados e incorporados a la líneabase del proyecto. Sin embargo, queda-rían por resolver los posibles impactos

negativos causados por la operación deuna planta de gasificación. En formaimportante podrían ser los causados porla disposición de los residuos orgánicos(alquitranes) en las aguas de desecho,producto de la limpieza del gas desíntesis, así como de partículas ensuspensión en el área de gasificación. Enlos primeros puede existir el riesgo decontaminación de agua y en el segundocaso un riesgo a la salud de los opera-dores. La búsqueda de soluciones es untema principal de investigación. Por loanterior, se recomienda revalorarmediante experiencias en campo congasificación en pequeña a medianaescala, las tecnologías para el manejo deestos riesgos. Esta condición resultaimprescindible para la continuidad de unproyecto de esta naturaleza.

Los resultados encontrados indicanque la generación de electricidad a partirde la biomasa de residuos de la industriadel aserrío, tiene potencial para solu-cionar los problemas ambientales queactualmente ocasiona su disposición;contribuir a la mitigación del cambioclimático y al desarrollo regional con unaactividad económica que genera empleopara los habitantes de las comunidadesforestales. Es necesario coordinaresfuerzos entre dependencias federales,estatales, municipales y académicas parala implementación de un proyecto piloto anivel regional donde se validen la legisla-ción y políticas que en materia de energíarenovable ya han sido dadas a conocerpor el gobierno federal.

rECONOCImIENTOS

A la UACH y al PROMEP por la beca y apoyofinanciero al primer autor para realizarestudios de doctorado. Al Conacyt-CIMAV,por las facilidades brindadas, en especiala la Dra. María Teresa Alarcón, el Dr.Alejandro Robau y la MC Miriam Moreno;


al despacho de servicios forestales del IAF

Baldemar Beltrán B.; al C. Martín Solís,Presidente Municipal de Guachochi; al Ing.José Luis Ibarra N., de la Secretaría deObras Públicas, Gob. del Edo. deChihuahua y a las autoridades políticas yadministrativas de los ejidos Rocheachi yTatahuichi por los datos y facilidades apor-tados para la realización del estudio.

rEFErENCIAS

Abe, H., A. Katayama, B.P. Sah, T. Toriu, S.Samy, P. Pheach, M.A. Adams y P.F.Grierson. 2007. Potential for rural elec-trification based on biomass gasifica-tion in Cambodia. Biomass and Bioe-nergy 31:656-664.

Brewer, D.T., S.J.M. Blaber, G. Fry, G.S.Merta y D. Efizon. 2001. Sawdust inges-tion by the tropical shad (Tenualosamacrura, Teleostei: Clupeidae): implica-tions for conservation and fisheries.Biological Conservation 97:239-249.

Capoor, K. y P. Ambrosi. 2007. State andTrends of the Carbon Market 2007.world Bank, washington, D.C. 45p.http://carbonfinance.org/docs/Carbon _ T r e n d s _ 2 0 0 7 - _ F I N A L _ -_May_2.pdf.

Clean Air Conservancy. 2008. Air travelCO2 emissions. http://www.cleanair-conservancy.org.

De Buen, R.O. y M.J.E. Aguillón. 2006.Estrategias para la promoción de labioenergía en México. In: La Bioe-nergía en México. Un catalizador deldesarrollo sustentable. Conafor, RedMexicana de Bioenergía, A.C.Mundi-Prensa México. 119 p.

EIA. Voluntary reporting of greenhousegases program. Fuel and energysource codes and emission coefficients.

http://www.eia.doe.gov/oiaf/1605/coefficients.html.

EPA. 1999. Storm water management factsheet. Non-storm water dischargesto storm sewers. EPA 832-F-99-022.washington, D.C. 5 p.

Faaij, A.B., w. Meuleman, A. Turkenburg,A. van wijk, Bauen, F. Rosillo-Calle yD. Hall. 1998. Externalities ofbiomasa based electricity productioncompared with power generationfrom coal in The Netherlands.Biomass and Bioenergy 14:125-147.

FAO. 1990. Conservación de la energíaen las industrias mecánicas fores-tales. Forestry Paper 93. Roma.http://www.fao.org/docrep/t0269e/t0269e08.htm

FAO. 2008. Forests and energy: Keyissues. FAO forestry paper 154. 56p.ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/010/i0139e/i0139e00.pdf.

García, E. 1990. Carta de Climas. AtlasNacional de México Instituto deGeografía, UNAM.

Ghilardi, A.A., E. Riegelhaupt y F.R.Saldaña. 2006. Los recursos bioe-nergéticos de México. In: La Bioe-nergía en México. Un catalizador deldesarrollo sustentable. Conafor, RedMexicana de Bioenergía, A.C.Mundi-Prensa México. 119 p.

Good, J., L. Ventress, H. Knoef, U. Zielke,P.L. Hansen, w. van de Kamp, P. dewild, C. Coda, S. van Passen, J.Kiel, K. Sjöstrom, T. Lilliedahl, Ch.Unger, J. Neeft, M. Soumalainen y P.Simell. 2005. Sampling and analysisof tar and particles in biomassproducer gases. Technical Report.CEN BT/TF 143. 44p. http://www.tarweb.net/results/pdf/Technical-Report-version-3_8-final.pdf

83Madera y Bosques 17(2), 2011:67-84

Green Markets International. 2007. TheVoluntary Carbon Market: Status &Potential to Advance SustainableEnergy. Arlington, MA. http://www.green-markets.org/Down-loads/vCarbon.pdf.

INAFED (Instituto Nacional para el Fede-ralismo y el Desarrollo Municipal).Consultado en abril, 2008.http://www.inafed.gob.mx.

INE. 2006. Inventario Nacional deEmisiones de Gases de EfectoInvernadero 1990-2002, México,Resumen Ejecutivo.

Juárez, T.P. 2000. Las pérdidas causadaspor el uso tradicional del sistemainglés de medición, aserraderoscirculares y excesos de refuerzo.INIFAP-SAGAR.

Juárez, T.P., F.J. Compeán, G., O.R.Armendáriz, A.H.O. Rubio, S.J.Hernández, R.M. Cano y S.M.Martínez. 2003. Identificación de losfactores de ineficiencia en la indus-tria de aserrío en Chihuahua. INIFAP-Conafor-Sagarpa. Folleto Técniconúm. 20. 27 p.

Junginger, M., E. de Visser, K. Hjort-Gregersen, J. Koorneef, R. Raven,A. Faaij y w. Turkenberg. 2006.Technological learning in bioenergysystems. Energy Policy 34:4024-4041.

Kollmuss, A., H. Zink y C. Polycarp. 2008.Making sense of the voluntarycarbon market. A comparison ofcarbon offset standards. wwF-Stockholm Environment Institute-Tricorona. 119p. http://assets.panda.org/downloads/vcm_report_final.pdf.

Knoef, H.A.M. 2000. The UNDP/worldBank monitoring program on smallscale biomass gasifiers (BTG’s

experience on tar measurements).Biomass and Bioenergy 18(1):39-54.

Kwant, K.w. y H. Knoef. 2004. Status ofbiomass gasification in countriesparticipating in the IEA and GasNetactivity. http://gasnet.uk.net/files/289.pdf.

Maniatis, K. 2001. Progress in biomassgasification: an overview. EuropeanCommission, Directorate for Energyand Transport. 31 p. http://ec.europa.eu/energy/res/sectors/doc/bioenergy/km_tyrol_tony.pdf.

Masera, C.O. y G.A.F. Fuentes. 2006.Estado actual de la bioenergía enMéxico. In: La Bioenergía enMéxico. Un catalizador del desarrollosustentable. Conafor, Red Mexicanade Bioenergía, A.C. Mundi-PrensaMéxico. 119 p.

Meraz, L., I. Kornhauser y F. Rojas. 2003.A thermochemical concept-basedequation to estimate waste combus-tion enthalpy from elemental compo-sition. Fuel 82:1499-1507.

Orta G.V.R. y T.P. Juárez. 2000. Cuantifi-cación y clasificación de desperdi-cios generados en la industria deaserrío de la región de BosqueModelo Chihuahua. SAGAR, InsititutoNacional de Investigaciones Fores-tales, Agrícolas y Pecuarias. FolletoTécnico núm. 13. 21 p.

Price, D.M. 2006. Thermogravimetry.IPTME, Loughborough University.http://www.sump4.com/downloads/TGA.ppt.

Saha, N.C. y A. Kaviraj. 1996. Acute andchronic toxicity of tannic acid andspent bark of cinchona to tilapiaOreochromis mossambicus. Aqua-culture 145:119-127.


Tomaselli, I. 2007. Forests and energy indeveloping countries. FAO, Rome. 32 p.

USDA-FS. 1979. General TechnicalReport FPL 29. http://www. fpl.fs.fed.us/documnts/fplgtr/fplgtr29.pdf

Zavala Z., D. y R. Hernández C.. 2000.Análisis del rendimiento y utilidad delproceso de aserrío de trocería depino. Madera y Bosques 6(2):41-55.

Recibido el: 10 de febrero de 2010Aceptado el: 17 de febrero de 2011

Este documento se debe citar como: Balderrama-Castañeda, S., C. Luján-Álvarez, D.K. Lewis, J.A. Ortega-Gutié-rrez, B.H.J. de Jong y T. Nájera-Ruiz. Factibilidad de generación de electricidad mediante gasificaciónde residuos de aserradero en el norte de México. Madera y Bosques 17(2):67-84.

Documents

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN Factibilidad de generación de ... · Guachochi tmunicipality of Chihuahua State. The area has a semi cold climate, with temperature and precipitation