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Universidad de Chile Facultad de Ciencias Forestales Escuela de Ciencias Forestales
Departamento de Manejo de Recursos Forestales
ANÁLISIS DEL DESARROLLO DE LA DENDROENERGÍA EN CHILE
Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Forestal
Pablo Faúndez Estévez
Profesor Guía: Ing. Forestal Sr. Jorge Gilchrist Moreno
Santiago - Chile 2001
Universidad de Chile
2
Facultad de Ciencias Forestales Escuela de Ciencias Forestales
Departamento de Manejo de Recursos Forestales
ANÁLISIS DEL DESARROLLO DE LA DENDROENERGÍA EN CHILE
Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Forestal
Pablo Faúndez Estévez Nota Firma
Profesor Guía: Sr. Jorge Gilchrist M. 7.0 _______________________________
Profesor Consejero: Sr. René Carmona C. 6.0 _______________________________
Profesor Consejero: Sr. Fernando Bascur H. 6.8 ___________________________
Santiago - Chile 2001
AGRADECIMIENTOS
3
A mis padres y a mis hermanos Carlos y Lucía, de quienes he recibido incondicional y
permanente ayuda.
A Don Jorge Gilchrist M. que dirigió y corrigió esta memoria con dedicación y con
quien fue un privilegio trabajar.
A los Ingenieros Forestales Señores Torsten Frisk e Ignacio Cerda V. quienes me
abrieron las puertas a una gran cantidad de información y me dieron importantes consejos.
Al Profesor José Tohá C. quien comentó e inspiró con entusiasmo parte de este trabajo.
Al Señor Axel Reiche del Departamento de Avaluaciones del Servicio de Impuestos
Internos quien ordenó y puso a mi disposición datos imprescindibles.
CONTENIDO
4
Página Resumen........................................................................................................................... iii Summary........................................................................................................................... v Abreviaciones y términos................................................................................................. vii Introducción...................................................................................................................... 1 1. Condiciones para el desarrollo de la dendroenergía en Chile.......................................... 2 1.1. La dendroenergía en la Política Energética Nacional...................................................... 2 1.1.1. La dendroenergía y el medioambiente............................................................................. 4 1.1.1.1. El dióxido de carbono y el incremento del Efecto Invernadero....................................... 7 1.1.1.2. Efecto del reemplazo de combustibles sobre el medioambiente..................................... 12 1.2. Principales aspectos de la política internacional relacionados a la dendroenergía.......... 14 1.3. La dendroenergía en la economía nacional...................................................................... 17 1.3.1. Valoración de combustibles dendroenergéticos al costo evitado promedio.................... 17 1.3.2. Efecto del reemplazo de combustibles en la Balanza Comercial.................................... 20 1.3.3 Normas especiales............................................................................................................ 21 2. Costos de producción de dendroenergía........................................................................... 22 2.1. Tipos de cultivos dendroenergéticos................................................................................ 22 2.2. Método utilizado para la estimación de los costos de producción................................... 23 2.2.1. Especies y esquemas de manejo considerados................................................................. 23 2.2.1.1. Descripción de los esquemas............................................................................................ 25 2.2.2. Tasa alternativa de retorno............................................................................................... 29 2.2.3. Valor presente de los costos de cultivo y cosecha............................................................ 30 2.2.4. Productividad y costo de los sitios................................................................................... 30 2.2.4.1. Productividad de los sitios según esquema de manejo .................................................... 32 2.2.4.2. Costo de los sitios............................................................................................................. 35 2.2.4.2.1. Estimación de los precios del suelo a partir de las avaluaciones del SII......................... 35 2.2.4.2.2. Asignación de un costo anual a cada clase de suelo........................................................ 36 2.3. Resultados........................................................................................................................ 39 3. Métodos de aprovechamiento y conversión de la biomasa posibles de utilizar en Chile 43 3.1. Principales métodos de aprovechamiento y conversión .................................................. 43 3.1.1 Combustión directa........................................................................................................... 43 3.1.2. Pirólisis............................................................................................................................. 46 3.1.3 Pirólisis rápida.................................................................................................................. 48 3.1.4 Gasificación...................................................................................................................... 50 3.1.5. Fermentación alcohólica................................................................................................... 52 3.1.6. Aprovechamiento de residuos de la industria forestal..................................................... 53 3.2. Necesidades de energía de Chile...................................................................................... 54 3.2.1. Evolución del consumo total de energía.......................................................................... 55 3.2.2. Composición del consumo............................................................................................... 57
5
3.3. Selección de métodos de aprovechamiento de la biomasa.............................................. 64 3.3.1. Aporte potencial de algunos métodos.............................................................................. 64 3.3.1.1. Combustión directa y gasificación................................................................................... 65 3.3.1.2. Pirólisis............................................................................................................................ 67 3.3.1.3. Fermentación alcohólica.................................................................................................. 68 3.4. Costos de combustible relacionados al aprovechamiento de la dendroenergía............... 69 4. Conclusiones..................................................................................................................... 73 Bibliografía....................................................................................................................... 75 APÉNDICE 1: Emisiones específicas de algunos agentes contaminantes........................................ 82 APÉNDICE 2: Efecto del reemplazo de combustibles sobre las emisiones específicas................... 84 APÉNDICE 3: Descripción detallada de las actividades y costos relacionados a los esquemas de producción de biomasa por especie...................................................................................................
85
ANEXO 1: Datos utilizados para el cálculo del costo de la energía importada................................ 103 ANEXO 2: Países del Anexo I del Protocolo de Kyoto..................................................................... 104
RESUMEN
6
Se analiza las principales condiciones políticas, económicas y ambientales para el
desarrollo de la dendroenergía en Chile. Para esto se estudia qué papel podría tener la
dendroenergía en la Política Energética Nacional y cómo podría aprovechar futuros
incentivos que están siendo negociados en la Convención Marco de las Naciones Unidas
sobre Cambio Climático. El análisis económico se basa en la valoración de los
dendroenergéticos mediante un parámetro que se define como el Costo de Importación
Promedio Evitado (CIPE). Usando el valor CIPE, se simula el efecto del reemplazo de los
combustibles fósiles por dendroenergéticos en la Balanza Comercial. Se encontró que el
reemplazo del petróleo y carbón mineral presentan el mayor potencial para reducir
importaciones aprovechando la biomasa. El análisis de las condiciones ambientales para
el desarrollo de la dendroenergía se centra en la variación de emisiones asociada al
reemplazo de combustibles fósiles. Aquí se encontró que el efecto de la sustitución por
biomasa es variable en función del tipo de emisiones que se considere. En términos
absolutos, el único reemplazo de combustibles que resulta en la disminución de todos los
contaminantes considerados, es el de carbón mineral por gas natural.
Se escoge cuatro esquemas de manejo representativos de diferentes intensidades de
silvicultura para la producción de biomasa con fines energéticos que usan los géneros
Populus, Salix, Pinus y Eucalyptus y se compara sus costos. Se incluye costos
relacionados al cultivo, costos relacionados a la cosecha y, costos relacionados al suelo.
Estos últimos fueron expresados como una serie de costos anuales, cuyo valor presente se
basa en las avaluaciones que utiliza el Servicio de Impuestos Internos para cobrar el
impuesto territorial de las propiedades agrícolas. La Tabla I muestra los costos mínimos
de producción que se obtuvo para cada esquema y la clase de capacidad de uso de suelo
en que se dan.
7
Tabla I. Costos mínimos de producción por esquema de
manejo y clase de capacidad de uso de suelo en que se da.
Esquema
Costo mínimo
de producción
(UF/GJ PCI)
Clase de capacidad de
uso en que se da el
mínimo costo
Eucalyptus 0.0372 II
Pinus 0.0660 II
Salix 0.1259 IVr
Populus 0.1461 IVr
Utilizando los costos de producción obtenidos, se estima los costos de combustible
asociados al aprovechamiento de biomasa para la satisfacción de las principales
necesidades de energía de Chile. Se comparan estos costos con los costos de referencia de
la energía en el mercado nacional. De este análisis se desprende que la producción de
electricidad mediante el ciclo de Rankine usando Pinus y Eucalyptus tienen posibilidades
de desarrollarse en las actuales condiciones del mercado. La producción de etanol para
reemplazar combustibles para automóviles a partir de Salix también es factible, en tanto
que el reemplazo de carbón mineral por carbón vegetal debiera descartarse en las
condiciones presentes del mercado.
Se comprobó que el consumo de energía tiene una alta correlación con el Producto
Interno Bruto (R2>0,95 para un modelo lineal). Se extrapoló para los próximos 10 años el
consumo de leña Comercial, Público y Residencial, la cual provee un 53% de la energía al
sector. Se estima que la satisfacción de esta demanda de leña va a requerir un esfuerzo
importante de los productores.
8
SUMMARY
The most relevant political, economical and environmental conditions for the
development of dendroenergy in Chile are analyzed. With this purpose, it is studied the
potential role of dendroenergy in National Energy Policy and how it could take advantage
of the incentives under discussion at the United Nations Framework Convention on
Climate Change. The economic analysis lays on the valuation of dendroenergetics through
a parameter defined as the Mean Avoided Cost of Import (MACI). Using MACI value, it
is simulated the effect of the substitution of fossil fuels by dendroenergetics on the
balance of trade. It was found that the substitution of oil and coal have the greatest
potential for reducing imports using biomass. Environmental conditions analysis is based
on emission variation associated to the substitution of fossil fuels. It was detected in this
point that the substitution for biomass has a variable effect depending on the emissions
considered. In absolute terms, replacement of coal by natural gas is the only substitution
of fuels resulting in the reduction of all the emissions considered.
Four cultivation regimes representing different intensities of forestry for the
production of biomass for energy using Populus, Salix, Pinus and Eucalyptus are selected
and their costs compared. Costs related to cultivation, harvest and soil use are included.
The latter cost was expressed as a series of annual costs, which present value is based on
the valuations used by Servicio de Impuestos Internos to set the land tax over agricultural
properties. Table I shows the minimum costs of production obtained for each regime and
use capacity of the soil in which it appears.
9
Table I. Minimum costs of production obtained for each
regime and use capacity of the soil in which it appears.
Regime
Minimum cost
of production
(UF/GJ PCI)
Use capacity of the
soil in which the
minimum appears
Eucalyptus 0.0372 II
Pinus 0.0660 II
Salix 0.1259 Ir
Populus 0.1461 Ir
Using the costs of production obtained, the fuel costs associated to the use of biomass
for the satisfaction of the main needs of energy of Chile are estimated. This costs are
compared with the market costs of energy. It was found that electricity generation through
Rankine cycle using Pinus and Eucalyptus have possibilities of development in present
market conditions. Production of ethanol from Salix for substitution of vehicle fuel is
also feasible, meanwhile replacement of coal for charcoal should be discarded in the
present market conditions.
It was verified that energy consumption has a high correlation with Gross Domestic
Product (R2>0.95 for a linear model). Commercial, Public and Residential firewood
consumption, which provides about 53% of the energy to this sector, was extrapolated for
the next 10 years. It is foreseen that the satisfaction of this firewood demand will require
an important effort of production.
10
ABREVIACIONES Y TÉRMINOS
CH : Contenido de humedad. Contenido específico, emisiones específicas o aporte específico
: Contenido, emisiones o aporte por unidad de energía
G : Giga g : Gramos IMA : Incremento medio anual J : Joule M : Mega PCI : Poder calorífico inferior PCS : Poder calorífico superior T : Tera t : Toneladas UF : Unidad de Fomento
1
INTRODUCCIÓN
La cantidad de energía que Chile está utilizando anualmente es la más alta de su
historia. La hidroelectricidad, los combustibles fósiles y la biomasa son las principales
fuentes usadas para satisfacer esta demanda. Problemas ambientales, económicos,
sociales y políticos generados por el uso intensivo de estas fuentes hacen que su
aprovechamiento racional sea una necesidad. El incremento del Efecto Invernadero, la
contaminación del aire en las ciudades, el deterioro de los ecosistemas fluviales, la
desertificación, la lluvia ácida y la salida de divisas son algunos de los aspectos que
deben conciliarse con el crecimiento económico, el respeto hacia las comunidades
indígenas y el mejoramiento de la calidad de vida.
El aporte de la dendroenergía en la solución exitosa de este problema puede ser
importante. Sin embargo, su producción y aprovechamiento se realiza en muchos casos
de forma ineficiente e incluso perjudicial para la sociedad, sin haberse modernizado en
muchos años.
En este contexto, es urgente dar respuesta a preguntas clave que permitan considerar
la "opción dendroenergética" al evaluar fuentes alternativas de abastecimiento de
energía. Estas preguntas, van desde la definición de especies y esquemas manejo
posibles de utilizar, hasta la comparación de costos por unidad de energía utilizada, el
impacto ambiental asociado y el aporte potencial de las distintas soluciones. Este
análisis es importante incluso para satisfacer de manera sustentable el aumento
vegetativo en la demanda de leña esperado para los próximos años.
Los ingenieros forestales probablemente serán quienes tengan que responder la
mayoría de estas preguntas. Desde esta perspectiva, el presente trabajo pretende
contribuir a abordar este desafío que nos presenta la sociedad.
2
1. CONDICIONES PARA EL DESARROLLO DE LA DENDROENERGÍA EN CHILE
1.1. LA DENDROENERGÍA EN LA POLÍTICA ENERGÉTICA NACIONAL
La Política Energética Nacional establece los principios que dirigen la acción del
Estado en el área de la energía. Por su carácter general, es esperable que estos principios
se mantengan en los diferentes gobiernos y sólo cambien los medios que se utilicen para
cumplirlos.
La actual Política Energética tiene cuatro objetivos: asegurar el abastecimiento,
promover la competencia en el mercado, proteger el medio ambiente y aumentar la
equidad social. A continuación se analiza cómo la existencia de una adecuada estructura
para la producción y aprovechamiento de la dendroenergía podría contribuir a alcanzar
estos objetivos.
La seguridad del abastecimiento aumentaría con la incorporación de una nueva
industria generadora basada en biocombustibles. Esto debido a que al aumentar la
capacidad instalada de producción se puede esperar mayor estabilidad del suministro,
especialmente si este aumento corresponde a los aportes de muchas fuentes pequeñas.
Por otra parte, estas generadoras utilizarían un combustible cuya disponibilidad no es
tan dependiente de factores externos como el precio de los combustibles fósiles y la
cantidad de lluvias de los últimos meses. Muy pronto, se deberá abordar el problema del
agotamiento de las fuentes tradicionales de petróleo. Aún las estimaciones más
optimistas señalan que la producción mundial de este combustible sólo puede aumentar
hasta el año 2020 (Campbell, Laherrère, 1998). Una vez alcanzado este máximo se
puede esperar que los precios aumenten de manera sostenida. En este escenario, y
considerando las alternativas técnicas actuales, la dendroenergía se cuenta entre las
pocas fuentes capaces de satisfacer económicamente grandes demandas.
La dependencia externa es otro factor que influye en la seguridad del
3
abastecimiento de energía. Como se puede ver en el Gráfico 1.1., la dependencia
externa de Chile ha aumentado considerablemente en los últimos años. Parte de esto se
debe al aumento en el consumo de petróleo y la disminución de la producción de carbón
mineral nacional por sobre el aumento en el consumo de leña y generación
hidroeléctrica.
Gráfico 1.1. Dependencia energética nacional.
3926
4250
6174
5850
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1978 1984 1990 1996
Año
Po
rcen
taje
Energía Nacional
Energía Importada
Este gráfico representa la proporción de energía nacional e importada en el consumo bruto de energía del país. Los valores han sido calculados a partir de la energía primaria más las importaciones y menos las exportaciones de energía secundaria. La hidroelectricidad ha sido considerada con un equivalente energético de 3.19825 kJ por cada kJ eléctrico. Esto corresponde aproximadamente a la cantidad de calor necesario para generar un kJ en una central termoeléctrica. Fuente: CNE 1 (1999).
Producir y aprovechar más dendroenergía en Chile, puede hacer que mejore la
situación de dependencia externa actual.
La competencia se vería favorecida por el aumento del tipo y cantidad de oferentes
de energía y biocombustibles generados a partir del bosque. Además, la demanda de
estos productos podría mejorar el negocio forestal tradicional al darle un destino
4
alternativo a parte de la producción del bosque y promover el desarrollo de la
silvicultura. Todo esto significaría que el negocio de la generación se podría distribuir
en más agentes.
La creación de empleos en zonas rurales y la buena distribución de los beneficios
son características del aprovechamiento de la dendroenergía. Esto porque los bosques
son dependientes de mano de obra durante toda su vida. Además, la experiencia de los
países con un sector dendroenergético más desarrollado, indica que las empresas
asociadas son de tamaño pequeño y mediano. En la mayoría de los casos, los costos de
transporte de materia prima determinan que las inversiones de estas empresas sean
realizadas en zonas rurales.
1.1.1. LA DENDROENERGÍA Y EL MEDIOAMBIENTE
Además de proporcionar los beneficios estéticos y ecológicos asociados
tradicionalmente al bosque, la dendroenergía podría contribuir a disminuir la polución
del aire1 relacionada al aprovechamiento de combustibles fósiles. Si bien, la polución
del aire por ruido, el manejo de residuos y la contaminación del agua debe considerarse
al momento de evaluar fuentes de energía, este análisis se centra en la polución del aire
por gases y partículas. Este tipo de contaminación corresponde al impacto más
importante del sector energético en términos de reversibilidad, número de personas
afectadas y gravedad del efecto en cuanto a salud y confort.
La polución del aire afecta a animales, plantas y materiales expuestos de forma
directa y también indirectamente a través de fenómenos atmosféricos como la lluvia
ácida y el incremento del Efecto Invernadero. La mitigación del incremento del Efecto
Invernadero aprovechando la dendroenergía se tratará en el siguiente título.
1 La Comisión para la Comunidad Europea define a la polución del aire como "la presencia de sustancias extrañas o la alteración de la proporción de sus constituyentes (dado el actual estado de conocimiento científico) suficiente para causar daño, crear incomodidad o molestia." (Rice, 1996).
5
Las principales fuentes de polución del aire son gases y partículas propias de las
combustiones incompletas y de la constitución química de los combustibles. Estos
gases y partículas pueden reaccionar en la atmósfera para generar otros agentes
contaminantes. Por ejemplo, las emisiones de monóxido de carbono (CO) y de
compuestos orgánicos volátiles (COV)2 se deben en gran medida a combustiones
incompletas. Los óxidos de azufre (SOX), se forman a partir de azufre presente en los
combustibles. Los óxidos de nitrógeno (NOX) se originan tanto a partir de nitrógeno
presente en el aire3 como de nitrógeno presente en los combustibles. En presencia de
radiación ultravioleta e hidrocarburos poliaromáticos se favorece la producción de
ozono4 (O3) en el aire a partir de óxidos de nitrógeno (NOX).
La biomasa es una fuente de combustibles que, a pesar de no tener un contenido de
azufre y de nitrógeno comparativamente bajo, al ser quemado en condiciones
apropiadas libera pequeñas cantidades de NOX y SOX. El Gráfico 1.2. muestra el
contenido específico de nitrógeno y azufre de combustibles fósiles y de astillas de dos
salicáceas.
2 Corresponden a compuestos orgánicos que se vaporizan a temperaturas relativamente bajas. (Corbitt, 1998). 3 La oxidación del nitrógeno atmosférico se puede representar a través de las siguientes reacciones: i) 1/2O2 + N2 → NO + N ii) N + O2 → NO + 1/2O2 (Shultz, 1993 ; MIEC, 1993) 4 En presencia de hidrocarburos poliaromáticos, se desplaza el equilibrio hacia la producción de ozono en la siguiente secuencia de reacciones: i) NO2 + luz ultravioleta → NO + O° ii) O° + O2 → O3
6
Gráfico 1.2. Contenido específico de azufre y nitrógeno de algunos combustibles.
612
504
0 50 100 150 200
N
S
g/Gj PCS
Astillas de Populus sp.
Astillas de Salix sp.
Carbón mineral
Petróleo Diesel No. 2
Elaborado a partir de Potter, Simmons (1998); Harker (1996); Ford-Robertson, Mitchell, Watters (1996).
Allegro y colaboradores (1996) han constatado que para el género Populus, el
contenido de nutrientes incorporado a la parte leñosa de la biomasa depende del
porcentaje de corteza de los productos cosechados. De esta forma, es posible controlar
el contenido de nitrógeno de la biomasa variando las densidades de plantación y las
rotaciones5. Según, Unteregger (1996) el contenido de azufre por unidad de biomasa en
Salix sp., no varía con la longitud de la rotación.
La Tabla 1.1. muestra niveles indicativos de emisión específica de óxidos de azufre,
óxidos de nitrógeno, partículas y compuestos orgánicos volátiles que resultan de quemar
los principales combustibles fósiles en aplicaciones tradicionales6 y desechos de Pino
Insigne en un hogar de lecho fluidizado. En el Apéndice 1 se incluye esta información
en forma de gráficos de barras.
iii)O3 + NO → NO2 + O2 (Rice, 1996). 5 La cantidad de corteza por unidad de biomasa leñosa tiene una relación inversa con el diámetro de los fustes. 6 Corresponde a hogares y hornos industriales, aplicaciones domésticas y motores de combustión interna.
7
Tabla 1.1. Emisiones típicas de algunos combustibles.
Fuente PCS EMISIONES (g/Mj de PCS)
(Mj/Kg) Partículas COV NOx SOx
Carbón Mineral 28.00 0.357 0.014 0.357 1.071
Gas Natural 49.00 0.002 0.002 0.204 0.000
Derivados líquidos del petróleo utilizado en calderas
45.73
0.044
0.033
0.223
0.241
Derivados líquidos del petróleo utilizado en motores
45.30
0.110
0.464
0.667
0.088
Biomasa 10.30 0.098 0.043 0.096 0.052
Elaborado a partir de Schultz (1993); MIEC (1993); Ramage, Scurlock (1998); ELECTROGAS S.A. S.A. (1998); COPEC S.A. (1999). Las datos correspondientes al aprovechamiento de petróleo incluyen emisiones relacionadas a refinación. No se incluye emisiones fugitivas7.
1.1.1.1. EL DIÓXIDO DE CARBONO Y EL INCREMENTO DEL EFECTO
INVERNADERO
El Efecto Invernadero permite que se mantenga en la Tierra parte de la energía que
viene desde el Sol. Sin este efecto, la temperatura de la superficie de la Tierra sería unos
33°C más baja (World Coal Institute, 2000). El siguiente esquema representa este
fenómeno:
7 Las emisiones fugitivas son aquellas que no pueden clasificarse ni en fijas ni en móviles. Por ejemplo, son emisiones fugitivas las que se pueden producir durante el transporte y/o almacenamiento de combustibles.
Radiación desde el Sol hacia la Tierra
Radiación desde la Tierra hacia el espacio
8
El aumento en la concentración de ciertos gases8 en la atmósfera ha incrementado la
radiación desde la atmósfera hacia la Tierra, lo cual estaría generando alteraciones
climáticas como consecuencia de un calentamiento global. El dióxido de carbono es
uno de estos gases y se genera en la oxidación de materia que contenga carbón. Esta
oxidación se produce en la respiración de la mayoría de los seres vivos y, en general, en
cualquier combustión. La combustión es actualmente el principal método para obtener
energía y representa la actividad que más contribuye a potenciar el Efecto
Invernadero. Aprovechando la dendroenergía se puede obtener aportes netos de dióxido
de carbono a la atmósfera prácticamente nulos si es que la tasa de fijación en la biomasa
es similar a la tasa de liberación durante la oxidación de hidrocarburos y carbohidratos
8 Los gases más importantes desde el punto de vista del clima son el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O). Gases menos importantes son los óxidos de nitrógeno (NOX), el ozono (O3), el monóxido de carbono (CO), los hidrofluorocarbonos (HFCs), los perfluorocarbonos (PFCs), el hexafluoruro de azufre (SF6). El vapor de agua es el responsable del 67% del Efecto Invernadero como fenómeno natural, pero se considera que el hombre tiene poca influencia sobre su concentración en la atmósfera.
Atmósfera
Superficie de la Tierra
Radiación desde la atmósfera a la Tierra
9
asociada al ciclo de aprovechamiento. El siguiente esquema ilustra los componentes de
este ciclo relacionados al balance del dióxido de carbono en un sistema
dendroenergético:
El Gráfico 1.3. muestra el aporte específico de dióxido de carbono asociado a los
principales combustibles fósiles y a la biomasa proveniente de un sistema
BOSQUE Y PRODUCTOS
PROCESAMIENTO -COSECHA -TRANSPORTE -ALMACENAMIENTO -CONVERSIÓN
APROVECHAMIENTO
CO2 EN LA ATMÓSFERA
COMBUSTIBLES FÓSILES
OXIDACIÓN (combustión) OXIDACIÓN
(descomposición, respiración)
OXIDACIÓN (combustión)
REDUCCIÓN (fijación hecha por la fotosíntesis)
BIOMASA BIOCOMBUSTIBLE
10
dendroenergético en el que la fijación anula completamente la liberación total.
Gráfico 1.3. Emisiones específicas de dióxido de carbono por combustible (Kg/GJ
PCS).
0 20 40 60 80 100 120
Carbón Mineral
Derivados líquidos del
petróleo
Gas Natural
Biomasa
Elaborado a partir de Schultz (1993); Ramage, Scurlock (1998).
Existen métodos confiables para medir y calcular el aporte de dióxido de carbono
que se puede obtener de los procesos de conversión y aprovechamiento de biomasa. La
técnica para estimar el aporte correspondiente al bosque se basa en simulaciones.
Karjalainen citado por Pingoud y Karjalainen (1999), ha propuesto que el contenido
de carbón en un bosque finlandés raleado los años 39, 61 y 94, con una rotación de 100
años tiene el comportamiento que se muestra en el Gráfico 1.4.
Gráfico 1.4. Evolución del contenido de carbón de un bosque y sus productos.
11
Fuente: Pingoud y Karjalainen (1999).
Esta simulación se inicia el año cero con una plantación realizada después de una
tala rasa. Se puede observar que durante los primeros 10 años el bosque es una fuente de
carbón debido a que la tasa de liberación desde la hojarasca y el suelo supera a la tasa de
fijación neta realizada por los árboles jóvenes. Ford-Robertson, Maclaren y Robertson
(1999), usando el simulador STANDPAK, han obtenido los resultados del Gráfico 1.5.
para un bosque de Pino radiata en Nueva Zelandia con podas a los 6, 8 y 9 años,
raleado (a desecho) a los 6 y 9 años y cosechado a tala rasa cada 28 años.
Gráfico 1.5. Evolución del contenido de carbón de un sitio plantado con Pino radiata a
12
lo largo de tres rotaciones sucesivas en Nueva Zelandia.
Fuente: Ford-Robertson, Maclaren y Robertson (1999).
Los mismos autores señalan que en bosques normales9 de Pino radiata, la cosecha de
un rodal significa la extracción de una cantidad de carbón en la madera igual a la que
queda en ese rodal.
1.1.1.2. EFECTO DEL REEMPLAZO DE COMBUSTIBLES SOBRE EL
MEDIOAMBIENTE
Para reducir los efectos de las emisiones manteniendo un mismo nivel de
generación, se puede realizar cuatro tipos de acciones tendientes a limitar la liberación
a la atmósfera de los agentes causantes. Estas acciones son: limpiar los combustibles,
modificar las condiciones de la combustión, limpiar los gases de escape y, sustituir
combustibles.
9 Bosques que tienen una misma área en cada clase de edad.
13
Si bien la biomasa fue desplazada por el carbón mineral durante la Revolución
Industrial, en la actualidad está volviendo a tomar importancia como fuente de energía.
La sustitución parcial y total de combustibles fósiles por dendroenergéticos ha sido
aplicada en la industria siderúrgica a través del carbón vegetal, en el transporte, en los
usos residenciales y la generación de energía a través de varios combustibles sólidos,
líquidos y gaseosos. Ejemplos de esto son las mezclas de dendroenergéticos con
combustibles fósiles utilizados en motores de ciclos Diesel, Otto, Bryton, sistemas de
calefacción, hogares y hornos de industrias diversas.
El efecto que tiene sobre el medio ambiente el reemplazo de combustibles, debe ser
medido sobre la base de la evaluación de proyectos específicos. Esta evaluación debiera
considerar la cantidad de emisiones con y sin reemplazo de combustibles. Además, la
situación local de la contaminación atmosférica debiera ser tomada en cuenta para
decidir la utilización de uno u otro combustible.
Con el propósito de estimar el efecto del reemplazo de combustibles en el desarrollo
de la dendroenergía en Chile, se considera los niveles indicativos de emisiones
presentados en la Tabla 1.1. y en el Gráfico 1.3. Debe tenerse presente que estos datos
corresponden a condiciones generales de aprovechamiento, sin la aplicación de medidas
especiales para reducir emisiones10. Una aproximación más precisa debiera considerar
además, la eficiencia con que el contenido de energía de los distintos combustibles es
aprovechado. Además, el único combustible dendroenergético considerado corresponde
a desechos de Pino Insigne, desestimándose las emisiones que estarían asociadas a
combustibles derivados y a otras especies de árboles.
La Tabla 1.2. resume todos los posibles reemplazos de los combustibles más
utilizados en Chile y su efecto en términos de la variación porcentual de emisiones
específicas. En el Apéndice 2 se incluye el mismo cuadro expresado en kilogramos por
10 Por ejemplo limpiar combustibles, limpiar gases de escape o modificar las condiciones de la combustión.
14
giga joule de poder calorífico superior.
Tabla 1.2. Variación porcentual de emisiones relacionadas al reemplazo de combustibles
para una misma cantidad de energía (PCS) liberada.
Remplazo de Por Variación porcentual de emisiones
Partículas COV NOx SOx CO2 (*)
Gas Natural Biomasa 4,702 1,997 -53 25,233 -100
Gas Natural Petróleo 2,043 1,507 9 117,766 50
Gas Natural Carbón Mineral 17,400 600 75 524,900 140
Carbón Mineral Biomasa -73 200 -73 -95 -100
Carbón Mineral Petróleo -88 130 -38 -78 -38
Carbón Mineral Gas Natural -99 -86 -43 -100 -58
Petróleo Biomasa 124 30 -57 -79 -100
Petróleo Gas Natural -95 -94 -9 -100 -33
Petróleo Carbón Mineral 717 -56 60 345 60
Biomasa Gas Natural -98 -95 112 -100 (a) (d)
Biomasa Petróleo -55 -23 132 365 (b) (d)
Biomasa Carbón Mineral 264 -67 271 1,972 (c) (d)
Los valores negativos de color verde representan variaciones porcentuales negativas. Los números positivos de color rojo representan variaciones porcentuales positivas. (a) Corresponde a un aumento neto de 50 Kg/GJ PCS. (b) Corresponde a un aumento neto de 75 Kg/GJ PCS. (c) Corresponde a un aumento neto de 120 Kg/GJ PCS. (d) No expresable como variación porcentual. No se considera emisiones fugitivas. Las eficiencias correspondientes al aprovechamiento de los diversos combustibles pueden hacer que la energía final obtenida con igual contenido de energía de diferentes combustibles sea distinta. (*) Supone que el sistema dendroenergético tiene un ciclo de CO2 neutro.
1.2. PRINCIPALES ASPECTOS DE LA POLÍTICA INTERNACIONAL RELACIONADOS
A LA DENDROENERGÍA
En 1988, Naciones Unidas y la Organización Meteorológica Mundial crean el
Panel Intergubernamental Sobre Cambio Climático, con el objetivo de reunir
información de tipo científica, técnica y socioeconómica relacionada al cambio
climático. Uno de los reportes más importantes de esta organización dice que "existe
evidencia de que las actividades humanas tienen una influencia significativa en el clima
del planeta" (IPCC/WMO/UNEP, UK Meteorological Office, Bracknell, 1994). La
actividad humana que más influencia tiene sobre el clima es el aprovechamiento de los
combustibles fósiles.
15
En 1992, Naciones Unidas adopta la Convención Marco Sobre Cambio Climático.
El propósito de esta convención es lograr la estabilización de la concentración en la
atmósfera de gases que producen el Efecto Invernadero a un nivel que evite los efectos
antropógenos peligrosos sobre el clima. A partir de 1995 el órgano supremo de la
Convención, llamado Conferencia de las Partes, se ha reunido para definir los
mecanismos que permitirán alcanzar los objetivos del acuerdo.
En 1997, la tercera Conferencia de las Partes adopta el Protocolo de Kyoto. Por este
acuerdo algunos países industrializados11, se comprometen a controlar sus emisiones de
gases que producen efecto invernadero en un promedio de 5.2%12 por debajo de los
niveles registrados en 1990. Si es que el Protocolo es ratificado por el poder legislativo
de 55 países que representen el 55% de las emisiones globales, la reducción de
emisiones debe alcanzarse entre los años 2008 y 2012.
El Protocolo de Kyoto propone algunos mecanismos para que los países
comprometidos (llamados en este acuerdo países del Anexo I) logren el control de
emisiones. Los mecanismos son:
1- Cambios en el uso de la tierra hechos a partir de 1990 en los países del Anexo I. En
particular se considera forestaciones y reforestaciones realizadas a partir de esa fecha;
2- Transacción de emisiones entre países del Anexo I;
3- Implementación de proyectos orientados a reducir emisiones13 y/o mejorar la
capacidad de sumideros de carbón14 entre países del Anexo I;
4- Implementación de proyectos orientados a reducir emisiones y/o mejorar la
capacidad de sumideros de carbón en países que no pertenecen al Anexo I;
5- Formación de agrupaciones de países del Anexo I cuya reducción agregada de
emisiones sea equivalente al monto comprometido en el Protocolo.
11 La lista de países que se comprometen se incluye en el Anexo 2. 12 Este objetivo se basa en el equivalente en dióxido de carbono de cada gas. 13 El término "reducir emisiones" se emplea para referirse a los proyectos de mitigación de emisiones. Este tipo de proyectos incluyen las medidas para mejorar la eficiencia en el aprovechamiento de la energía.
16
El cuarto mecanismo listado se llama Mecanismo Para un Desarrollo Limpio. A
través de él se pueden movilizar hacia países que no pertenecen al Anexo I, como es el
caso de Chile, unos US$7500 millones anualmente (FAO, 1999). El aprovechamiento
racional de la dendroenergía representa una de las actividades más eficientes para atraer
estos fondos debido a que ofrece la posibilidad de capturar, almacenar y mitigar
simultáneamente emisiones de carbón.
El Mecanismo Para un Desarrollo Limpio es atractivo porque los costos de reducir
emisiones pueden ser menores en los países en desarrollo que en los países
desarrollados. Esto se debe a que, en general, los países industrializados cuentan con
sistemas de aprovechamiento de energía eficientes. Mejorar la eficiencia de estos
sistemas para que produzcan menos emisiones tiene altos costos marginales. Esto
significa que sólo un cierto porcentaje de las reducciones son económicamente
alcanzables en los países del Anexo I. El resto es más conveniente realizarlas en los
países en desarrollo. Además, los costos de captura de dióxido de carbono usando
vegetación, también serían menores en los países en desarrollo que en los países
industrializados.
Según el Banco Mundial citado por FAO, 1999, el costo de reducir las emisiones de
las industrias y las plantas termoeléctricas en Estados Unidos de Norteamérica oscila
entre US$150 y US$160 por tonelada de carbón. La misma fuente estima que en la
Unión Europea el costo es de US$230 por tonelada y en Japón de hasta US$500 por
tonelada. Las estimaciones de FAO 1999, dicen que el costo de captación de carbono
mediante forestación, agrosilvicultura, regeneración y conservación forestal están en el
rango de los US$5 a US$20 dólares por tonelada utilizando el Mecanismo Para un
Desarrollo Limpio.
Independientemente de los costos que finalmente se le asocien a las emisiones de
14 El término "sumideros de carbón" se emplea para referirse a las formaciones vegetacionales que tienen la
17
dióxido de carbono, el Protocolo de Kyoto representa un mejoramiento de la posición
de los biocombustibles en relación a los combustibles tradicionales. Por ejemplo, un
precio sombra para el dióxido de carbono podría aumentar la competitividad de la
dendroenergía frente a una central térmica a gas natural.
1.3. LA DENDROENERGÍA EN LA ECONOMÍA NACIONAL
La dendroenergía puede aportar beneficios ambientales y sociales. Puede generar
empleos, mejorar la distribución de los ingresos y aumentar la competitividad de la
industria forestal a través del mejor aprovechamiento de los bosques. Es probable que
en el futuro cercano sea capaz de atraer divisas a través del Mecanismo Para un
Desarrollo Limpio. Es capaz de evitar la salida de divisas si sustituye parte de las
importaciones de combustibles fósiles.
El precio y las condiciones tributarias que existan en el futuro para la dendroenergía
definirán en gran medida que estos beneficios sean o no aprovechados.
1.3.1. VALORACIÓN DE COMBUSTIBLES DENDROENERGÉTICOS AL COSTO
EVITADO PROMEDIO
La sustitución de importaciones es una manera sencilla de valorar los combustibles
dendroenergéticos. Esta aproximación supone que los únicos beneficios de la
dendroenergía provienen de las importaciones evitadas, lo cual lleva a una
subestimación de su verdadero valor. También supone que los costos de operación,
mantención y eficiencia de aprovechamiento son los mismos tanto para combustibles
fósiles como para dendroenergéticos, lo cual depende de las condiciones particulares de
los proyectos que se considere. Por último, supone que el precio actual de la energía
capacidad de "capturar" el dióxido de carbono atmosférico.
18
proveniente de los combustibles fósiles refleja su verdadero costo, incluidas sus
externalidades.
El costo de la energía importada se puede calcular como el promedio del precio por
unidad de energía de los combustibles importados (carbón mineral, petróleo y gas
natural) de la siguiente forma:
n n
Costo de la Energía Importada ($/J) = ∑ (Xi*Yi) / ∑ (Xi) i=1 i=1
donde,
Xi es la cantidad del combustible i importado expresado en joules;
Yi es el precio a que se compra cada unidad de energía del combustible i.
Esta expresión tiene un valor de 2.14 US$/GJ. En el Anexo 1 se incluye los datos
con que se alimentó esta ecuación.
La valoración de la madera de algunas especies a este precio se muestra en la Tabla
1.3.
Tabla 1.3. Valoración de algunas maderas al costo de importación promedio evitado (CIPE).
19
Origen del material
dendroenergético
Poder calorífico superior H (MJ/Kg)
Poder calorífico
superior 30% CH (b) (MJ/Kg)
Densidad básica
Densidad 30,30
(Kg/m3)
Contenido de energía a 30% CH (GJ PCS /m3)
Valor CIPE
(US$/m3)
Pinus radiata 20.138 (a) 14.827 410 (c) 533 7.903 16.94
Populus 19.269 (a) 14.187 331 (c) 430 6.105 13.08
Eucalyptus
globulus
19.424 (a) 14.301 623 (c) 810 11.583 24.83
Salix 20.243 (d) 14.904 430 (e) 559 8.332 17.86
Acacia
melanoxylon
19.204 (a) 14.139 456 (f) 593 8.382 17.97
(a) Covacevich (1979). (b) Según la fórmula PCS=H x (100-CH/7)/(100+CH) propuesta por Panshin y de Zeeuw (1964). (c) Cisternas (1994). (d) Valor referencial utilizado en este estudio para el género Salix. La literatura reporta variaciones entorno a esta cantidad. (e) INFOR (1998). (f) Espinosa (1997).
Los precios que alcanza el contenido de celulosa de la madera de Pinus y Eucalyptus
se aproxima al valor CIPE de su contenido de energía. Esto indica que, a un precio igual
al CIPE, la industria de la silvicultura podría producir madera para energía y para
celulosa indistintamente si es que los costos fueran parecidos.
Con un gran mercado para la dendroenergía, el precio CIPE podría transformarse en
una nueva referencia del valor de la madera, independiente de aquella dada por el precio
de la madera aserrada, los rollizos y la celulosa.
1.3.2. EFECTO DEL REEMPLAZO DE COMBUSTIBLES EN LA BALANZA
20
COMERCIAL
La Tabla 1.4. muestra todos los posibles reemplazos de los combustibles más
utilizados en Chile y su impacto en la balanza comercial. Debe considerarse que el
único dendroenergético incluido corresponde a leña. Esto se debe a que es el único
dendroenergético considerado en el Balance Energético Nacional. Se asume que esta
leña es producida en el país.
Tabla 1.4. Impacto del reemplazo de combustibles en la balanza
comercial.
(a) de 1999. (b) considerando la cantidad importada en 1997 del combustible correspondiente. Los números rojos positivos indican aumento de importaciones. Los números verdes negativos indican disminución de importaciones. Las eficiencias correspondientes al aprovechamiento de los diversos combustibles pueden hacer que la energía final obtenida con igual contenido de energía de diferentes combustibles sea distinta. Elaborado a partir de CNE 1 (1999) y CNE 2 (1999).
En lo que respecta a la dendroenergía, el reemplazo del petróleo y del carbón
mineral presentan el mayor potencial para disminuir las importaciones.
1.3.3. NORMAS ESPECIALES
21
La aplicación de normas especiales podría influir en crecimiento de la
dendroenergía en Chile. Así ha ocurrido en países desarrollados, donde se ha
establecido impuestos, subsidios y obligaciones que tienden a mejorar la competitividad
de los biocombustibles en relación a los combustibles fósiles. La base teórica para esto
es que los precios de mercado de los combustibles fósiles no reflejan su costo verdadero
al no incluír los efectos sobre el medio ambiente que produce su aprovechamiento. Se
ha interpretado que estas normas especiales, son una internalización de externalidades o
una corrección del sistema de determinación de precios del mercado.
La manera más efectiva y eficiente económicamente que se ha encontrado para
llevar a cabo esta corrección, corresponde a la creación de un impuesto a las emisiones
realizada en conjunto con la reducción de otro impuesto, de tal manera que el efecto
neto para el fisco sea mínimo.
Por el momento, Chile sólo cuenta con normas que exigen que las emisiones
producidas por las fuentes no sobrepase ciertas cantidades. Sin embargo, se puede
esperar que en el futuro sean valorados los efectos que tiene sobre el medio ambiente el
aprovechamiento de combustibles fósiles. En ese escenario, la posibilidad que presenta
la dendroenergía de estar asociada a aportes nulos de dióxido de carbono, sería una clara
ventaja para su desarrollo. La reducción de otras emisiones por efecto de la sustitución
de combustibles fósiles, también podría tener efectos ambientales que si se valoran,
podrían favorecer el desarrollo de la dendroenergía. Sin embargo, tal como se establece
en 1.1.1.2, esto debe ser evaluado sobre la base de proyectos específicos.
Chile cuenta con otras fuentes de energía renovable posibles de incentivar mediante
normas especiales. Por ejemplo, la energía eólica y de las mareas a lo largo de la costa,
la energía solar térmica y fotovoltaica en la zona Norte y la energía geotérmica. El
desarrollo de sistemas que integren estas fuentes de energía renovable con la
dendroenergía, presenta ventajas con respecto a su desarrollo independiente. Esto se
22
debe a que el patrón de generación de estas fuentes es muchas veces discontinuo,
dependiendo de la hora del día o del tiempo atmosférico, pudiendo suplirse esta falencia
con dendroenergía. Por otra parte, el desarrollo de la dendroenergía podría favorecer a la
industria de la silvicultura existente mediante la diversificación de la demanda de
productos, beneficiando a un gran número de personas vinculadas a ella.
2. COSTOS DE PRODUCCIÓN DE DENDROENERGÍA
2.1. TIPOS DE CULTIVOS DENDROENERGÉTICOS
Según Sirén 1982, existen dos tipos extremos de cultivos dendroenergéticos y una
variedad de formas intermedias. En uno de estos extremos están los cultivos intensivos,
asociados a intervenciones culturales frecuentes, rotaciones cortas y alta productividad. En
el otro extremo están los cultivos extensivos con rotaciones largas, intervenciones poco
frecuentes o inexistentes y rendimientos volumétricos variables.
En general, la silvicultura intensiva tiene altos costos por unidad de superficie , pero el
costo unitario de la producción se mantiene bajo debido al alto rendimiento que se obtiene.
En contraste, la silvicultura extensiva está asociada a costos y rendimientos más bajos por
unidad de superficie.
Las plantaciones dendroenergéticas se han realizado en todo el espectro de intensidades
silviculturales contenido entre estos dos extremos. También se ha combinado el objetivo de
las plantaciones para obtener varios tipos de productos que incluyan los dendroenergéticos.
La decisión del tipo de cultivo a realizar debe conciliar las especies, el suelo y el clima
disponibles con las posibilidades económicas de cada alternativa.
23
Un criterio para maximizar el beneficio económico en el caso de las plantaciones
dendroenergéticas, es elegir la combinación de especie suelo y sitio de mínimo costo por
unidad de energía producida.
2.2. MÉTODO UTILIZADO PARA LA ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS DE PRODUCCIÓN
Los principales costos de una plantación dendroenergética pueden separarse en aquellos
relacionados al cultivo, aquellos relacionados al suelo y aquellos relacionados a la cosecha
de los productos. La siguiente igualdad expresa esta partición:
CP = Cu + Su + Co
donde,
CP es el valor presente de los costos principales por unidad de energía producida por un
cultivo;
Cu es el valor presente de los costos por unidad de energía relacionado al cultivo,
determinado por el programa de actividades y la especie escogida;
Su es el valor presente de los costos por unidad de energía debido al suelo, por ejemplo
arriendo o compra y;
Co es el valor presente de los costos por unidad de energía relacionado a la cosecha.
Se obtuvo los costos principales (CP) de cuatro esquemas de manejo utilizados para la
producción de combustibles dendroenergéticos en sitios de diferente productividad.
2.2.1. ESPECIES Y ESQUEMAS DE MANEJO CONSIDERADOS
La selección de especies y esquemas de manejo se basa en las recomendaciones de la
bibliografía para el aprovechamiento energético de la biomasa. También se considera la
disponibilidad del material vegetal y el conocimiento sobre el cultivo existentes en el país.
24
Los esquemas de manejo seleccionados representan gran parte del espectro de
intensidades silviculturales posibles de utilizar. En orden decreciente en cuanto a intensidad
de cultivo, los esquemas seleccionados usan los géneros Salix, Populus, Eucalyptus y Pinus.
En estos géneros se ha concentrado gran parte de los esfuerzos para desarrollar la
silvicultura energética en el mundo.
Los géneros Salix y Populus han sido utilizados para dendroenergía principalmente
debido a las altas tasas de crecimiento que alcanzan. En el siguiente gráfico se compara las
tasas de crecimiento de varios géneros y justifica parte del atractivo de la utilización de
Salix y Populus para dendroenergía.
Gráfico 2.1. Tasas de crecimiento para varias especies.
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50
Edad (años)
Pro
du
ctiv
idad
(t
seca
s/(h
a*añ
o))
SP
A PiF
S: Salix Pi : Picea
P: Populus F : Fagus
A: Alnus
La banda negra ubicada entre 10 y 12 toneladas secas por hectárea marca la tasa de crecimiento teórica alcanzada en condiciones naturales. Los tratamientos culturales pueden hacer aumentar esta tasa hasta 25-35 toneladas secas por hectárea. Fuente: Christersson (1997).
Un gran número de clones de sauce y álamo ingresan todos los años a los programas de
investigación. En este estudio sólo se hará referencia a las productividades que estos
alcanzan en general, bajo los esquemas de manejo indicados más adelante. Sin embargo, la
25
selección del material genético apropiado es indispensable para alcanzar los rendimientos
máximos.
En Chile, los sauces han sido usados y cultivados por los artesanos del mimbre. El
esquema de manejo utilizado por ellos es parecido en muchos aspectos al que se plantea en
este estudio para dendroenergía y algunos rendimientos y costos de estas plantaciones han
sido aprovechados aquí. Los álamos se han cultivado principalmente para proveer de
materia prima a la industria del fósforo. El régimen silvicultural utilizado en este caso
difiere significativamente del que se plantea en este estudio.
Eucalyptus y Pinus son de gran importancia en la producción de pulpa y madera
aserrada. En este estudio se considera las especies Pinus radiata y Eucalyptus globulus.
La maximización del volumen total es un objetivo compartido por los cultivos
orientados a la producción de pulpa y los cultivos dendroenergéticos. Por este motivo, la
silvicultura energética extensiva es parecida a la silvicultura usada por la industria de la
celulosa en Chile entre 1970 y 1985. Este tipo de silvicultura es la base de los esquemas
planteados para Eucalyptus y Pinus. Después de 1985, adquirió importancia la producción
de madera para aserrío. Esto produjo que se aumentaran los distanciamientos de las
plantaciones y se hiciera más podas y raleos para cumplir con ambos objetivos.
2.2.1.1. DESCRIPCIÓN DE LOS ESQUEMAS
Para Salix, se considera el esquema sueco con una densidad de 16000 estacas por
hectárea y rotaciones de cinco años. Este esquema es producto de un largo proceso de
perfeccionamiento y existe acuerdo en que su aplicación está asociada a los rendimientos
más altos posibles de alcanzar con la especie. En Suecia existen plantaciones extensivas
bajo este régimen de cultivo. Para incluir el efecto que tiene sobre los costos de producción
el rebrote de las cepas, se considera tres cosechas sucesivas sin replantación. Las
26
actividades y los costos anuales relacionados a este esquema se resume en la Tabla 2.1. El
detalle de este programa y el cálculo de los costos se encuentran en el Apéndice 3.
Tabla 2.1. Programa de actividades y costos anuales para Salix.
ITEM AÑO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Preparación Sitio
Plantación
Fertilización
Control Maleza
Riego
Admin. y Ases. Téc.
Cosecha
Control Hongos e Insectos
Costo cultivo (*) (UF/ha) 59.6 21.2 18.7 18.7 18.7 21.2 21.2 18.7 18.7 18.7 21.2 21.2 18.7 18.7 18.7 21.2
(*) No incluye costos de cosecha.
Para Populus, no existe un acuerdo tan claro como en el caso de Sálix en cuanto al
esquema de mayor productividad. Tampoco se reportan plantaciones extensivas de Populus
para aprovechamiento energético. Sin embargo, se han ensayado exitosamente diversos
regímenes de cultivo en Austria, Italia, Estados Unidos de América e Inglaterra. El Gráfico
2.2. muestra el incremento medio anual que se ha obtenido con esta especie en ensayos
realizados a diferentes densidades de plantación.
27
Gráfico 2.2. Incremento medio anual versus densidad de plantación en ensayos
de Populus.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Densidad (plantas/ha)
Incr
emen
to M
edio
An
ual
(to
nel
adas
se
cas/
ha/
año
)
Elaborado a partir de IEA (1996).
El Gráfico 2.3. muestra la relación entre la longitud de las rotaciones y la densidades de
plantación ensayadas con diversos clones de Populus.
Gráfico 2.3. Longitud de la rotación versus densidad de plantación en ensayos
de Populus.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 2000 4000 6000 8000 10000
Densidad (plantas/ha)
Lo
ng
itu
d d
e la
ro
taci
ón
(añ
os)
Elaborado a partir de IEA (1996).
28
El esquema seleccionado para Populus, considera una densidad de 6666 estacas por
hectárea y rotaciones de 8 años. Para incluir el efecto que tiene sobre los costos de
producción el rebrote de las cepas, se considera dos cosechas sucesivas. Las actividades y
los costos anuales relacionados a este esquema se resumen en la Tabla 2.2. El detalle de
este programa y el cálculo de los costos se encuentran en el Apéndice 3.
Tabla 2.2. Programa de actividades y costos anuales para Populus.
ITEM A Ñ O
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Preparación Sitio
Plantación
Fertilización
Control Maleza Toda la Superficie
Control Maleza Localizado
Control Hongos e Insectos
Administración y Asesoría Técnica
Cosecha
Costo cultivo (*) (UF/ha) 52.6 20.0 20.0 18.8 18.8 18.8 18.1 18.1 20.0 20.0 20.0 18.8 18.8 18.8 18.1 18.1 20.0
(*) No incluye costos de cosecha.
Para Eucalyptus globulus se seleccionó un programa con rotaciones de 10 años y una
densidad de 2100 plantas por hectárea. Para incluir el efecto que tiene sobre los costos el
rebrote de las cepas, se considera dos cosechas sin replantación. El programa de actividades
y el costo anual se presenta en la Tabla 2.3. El detalle de este programa y el cálculo de
costos anuales se encuentra en el Apéndice 3.
Tabla 2.3. Programa de actividades y costos anuales para Eucalyptus globulus.
29
ITEM AÑO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Preparación Sitio
Plantación
Replantación
Fertilización
Control Maleza
Administración y Ases. Téc.
Cosecha
Costo cultivo (*) (UF/ha) 36.9 20.9 20.3 16.7 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 16.7 20.3 20.3 16.7 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 16.7
(*) No incluye costos de cosecha.
Para la especie Pinus radiata se seleccionó un programa con rotaciones de 16 años y
una densidad de 2000 plantas por hectárea. El programa de actividades se presenta en la
Tabla 2.4. El detalle de este programa y el cálculo de costos anuales se encuentra en el
Apéndice 3.
Tabla 2.4. Programa de actividades y costos anuales para Pinus radiata.
ITEM AÑO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Preparación Sitio
Plantación
Fertilización
Adminstración y Asesoría Técnica
Cosecha
Costo cultivo (*) (UF/ha) 33.2 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6
(*) No incluye costos de cosecha.
2.2.2. TASA ALTERNATIVA DE RETORNO
Se utiliza un valor de 10% para la tasa alternativa de retorno.
2.2.3. VALOR PRESENTE DE LOS COSTOS DE CULTIVO Y COSECHA
30
Los costos de cosecha varían ampliamente en función del método utilizado. En general,
los mínimos costos se obtienen en faenas mecanizadas aplicables en plantaciones con
espaciamientos particulares. Actualmente este tipo de faenas no se utiliza en Chile en
cultivos dendroenergéticos.
Los costos de cosecha y cultivo considerados para los esquemas de manejo descritos en
las tablas 2.1. a 2.4. se muestran en la Tabla 2.5.
Tabla 2.5. Costos relacionados al cultivo y cosecha por esquema de manejo.
Esquema Contenido de energía 30% CH
(*)
Valor presente
costo cultivo
Costo de cosecha
Valor presente costo cosecha
(GJ PCS /m^3) (UF/ha) (UF/m^3) (UF/m^3) (UF/GJ)
Salix 8.332 209.63 0.7173 0.2979 0.0358
Populus 6.105 208.93 0.7173 0.2454 0.0402
Eucalyptus 11.583 178.41 0.5217 0.1393 0.0120
Pinus 7.903 139.36 0.5217 0.1135 0.0144
(*) Según la Tabla 1.2.
2.2.4. PRODUCTIVIDAD Y COSTO DE LOS SITIOS
Las características de suelo y clima de un sitio forestal, se relacionan con su
productividad. En general, los sitios más productivos alcanzan mayores precios
comerciales, haciendo variar el costo por unidad de energía almacenada en los árboles (CP).
Por una parte, este costo aumenta al usarse sitios más caros y por la otra, disminuye al
obtenerse una mayor productividad. No se tiene evidencia para suponer que estos efectos se
cancelen mutuamente, es decir, que el mayor costo del suelo esté contrarrestado por un
aumento de la productividad tal que logre mantener los costos unitarios de producción
constantes.
31
Las avaluaciones utilizadas por el Servicio de Impuestos Internos para cobrar el
Impuesto Territorial, establecen un criterio para abordar este problema en los terrenos
agrícolas. Esto se logra asignando un avalúo por unidad de superficie según clase de
capacidad de uso y comuna del suelo. En general, estas avaluaciones explican bien la
relación entre el valor de los terrenos agrícolas y su productividad pero no sucede lo mismo
con los sitios forestales. El Gráfico 2.4. muestra el valor del suelo en función de su clase de
capacidad de uso según el Servicio de Impuestos Internos.
Gráfico 2.4. Valor del suelo en función de su clase de capacidad de uso según el
Servicio de Impuestos Internos. Promedios nacionales para las comunas entre la IV y X
regiones inclusive.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ir IIr
IIIr
IVr I II III
IV V VI
VII
VIII
Clase de capacidad de uso
Ava
lúo
(U
F/h
a)
Elaborado a partir de los avalúos agrícolas vigentes a junio del 2000.
En los sitios forestales, es común encontrar altas productividades en terrenos de clase V,
VI y VII y se puede encontrar bajas productividades en terrenos de clases superiores,
32
rompiéndose la correlación entre el avalúo del suelo y su productividad. Esta condición
afecta mayormente a los esquemas de Eucalyptus y Pinus, mientras que en Salix y Populus,
por tratarse de cultivos similares a los cultivos agrícolas, el efecto debiera ser menor.
2.2.4.1. PRODUCTIVIDAD DE LOS SITIOS SEGÚN ESQUEMA DE MANEJO
Para estimar los costos relacionados al sitio de una unidad de energía almacenada en los
cultivos de Eucalyptus globulus y Pinus radiata definidos en 2.3. y 2.4., se considera la
dispersión de puntos de los gráficos 2.5. y 2.6. En cada gráfico se ha dibujado una línea
recta en la que se puede proyectar horizontalmente cada punto. La abcisa de la proyección
de cada punto en la recta, corresponde a una clase de capacidad de uso, cuyo avalúo es el
que se utiliza para relacionar el valor del sitio con su productividad.
Gráfico 2.5. Avalúo de los sitios del esquema propuesto para Pino Insigne y
algunos datos reales (*).
16
33
26
35
24
33
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
VIII
VII VI V IV III II I
IVr
IIIr IIr Ir
Clase de capacidad de uso
IMA
(m
^3/
(ha*
año
))
Dispersión de puntos obtenida de INFOR (1986), INFOR, Facultad de Ciencias Forestales U. de Chile (1979), CONAF (1983). (*) Corresponden a plantaciones de edades entre 10 y 16 años establecidas a diferentes densidades.
33
Gráfico 2.6. Avalúo de los sitios del esquema propuesto para Eucalyptus globulus y
algunos datos reales (*).
33
49
63
38
26
12
52
29
16
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
VIII
VII VI V IV III II I
IVr
IIIr IIr Ir
Clase de capacidad de uso
IMA
(m
^3/
(ha*
año
))
Dispersión de puntos obtenida de INFOR (1986), INFOR, Facultad de Ciencias Forestales U. de Chile (1979), CONAF (1983). (*) Corresponden a plantaciones de edades entre 11 y 16 años establecidas a diferentes densidades.
Análogamente, para el avalúo de los sitios de los cultivos de Salix y Populus definidos
en 2.1. y 2.2. se considera las rectas de los gráficos 2.7. y 2.8. 15
15 En Chile no existe información con respecto a la productividad según clase de capacidad de uso para esquemas similares, por este motivo no es posible incluir datos reales como para el caso de Pinus radiata y Eucalyptus globulus. Las rectas fueron trazadas considerando las productividades máximas, medias y mínimas reportadas por la bibliografía.
34
Gráfico 2.7. Recta utilizada para el avalúo de los sitios del esquema propuesto
para Salix.
0
10
20
30
40
50
60
VIII
VII VI V IV III II I
IVr
IIIr IIr Ir
Clase de capacidad de uso
IMA
(m
^3/
(ha*
año
))
35
Gráfico 2.8. Recta utilizada para el avalúo de los sitios del esquema propuesto para
Populus.
0
10
20
30
40
50
60
70
VIII
VII VI V IV III II I
IVr
IIIr IIr Ir
Clase de capacidad de uso
IMA
(m
^3/
(ha*
año
))
2.2.4.2. COSTO DE LOS SITIOS
2.2.4.2.1. ESTIMACIÓN DE LOS PRECIOS DEL SUELO A PARTIR DE LAS
AVALUACIONES DEL SII
Los avalúos vigentes a la fecha subvaloran el precio comercial de la tierra. Por este
motivo, el Servicio de Impuestos Internos está revisando estos datos. De acuerdo a los
antecedentes preliminares de esta revisión, el precio comercial de la tierra es entre 2 y 3
veces superior al indicado en los avalúos actuales16.
Para efectos del presente análisis los avalúos vigentes, que están expresados en moneda
del primer semestre de 1980, se multiplicaron por 17.658167 correspondiente al factor
16 Comunicación personal del autor con Axel Reiche, profesional del Departamento de Avaluaciones del Servicio de Impuestos Internos.
36
de actualización según el Indice de Precios al Consumidor para al primer semestre del 2000.
Luego se multiplicaron por 3 para corregir la subvaloración y se expresaron en Unidades de
Fomento del 5 de mayo del 2000 (15,334.51$/UF).
Se omitió todas las avaluaciones correspondientes a las regiones I, II, III, XI y XII
debido a que probablemente los costos de cultivo (Cu) considerados no son válidos en estas
regiones. Además, el avalúo en estas zonas geográficas puede ser muy diferente al del resto
del país debido a la lejanía de centros poblados, vías de comunicaciones y el uso de
métodos de clasificación de suelos incompatibles con las demás regiones17. Por último, no
existe evidencia de que los esquemas y especies planteadas sean compatibles con las
condiciones climáticas de estas zonas del país.
Se omitió también el 20% de los avalúos más bajos en cada clase de suelo. Con los
avalúos restantes se obtuvo el promedio aritmético del avalúo por clase de suelo. Este
promedio se considera como la estimación del precio real (EPR) de esa clase de suelo y se
puede ver en la Tabla 2.6.
2.2.4.2.2. ASIGNACIÓN DE UN COSTO ANUAL A CADA CLASE DE SUELO
A las estimaciones de precio real (EPR) de cada clase de suelo, se le asignó un costo
anual (CA) cuyo valor presente en 31 años es igual a EPR. Despejando CA de la expresión
CA CA CA
EPR = ------------- + -------------- + .... + ---------------
(1+0.1)^0 (1+0.1)^1 (1+0.1)^30
se tiene,
37
EPR
CA = -------------------
10.4269144669
que corresponde al costo anual asignado a cada clase de suelo. La tabla 2.6. muestra los
resultados.
17 Por ejemplo, en la XII Región el suelo se avalúa de acuerdo a su capacidad para sustentar ganado ovino
38
Tabla 2.6. Costo anual del suelo a partir de la estimación del
precio real.
Clase de
capacidad de
uso
Sub clase
utilizada por el
SII
Estimación del
precio real
(UF/Ha)
Costo anual
(10%, 31 años)
(UF/Ha)
Ir A01 342.7452 32.8712 Ir A02 325.9495 31.2604 Ir A03 309.1527 29.6495 Iir B01 292.3569 28.0387 Iir B02 264.9097 25.4063 Iir B03 237.4680 22.7745 IIIr C01 210.0452 20.1445 IIIr C02 175.9824 16.8777 IIIr C03 141.9921 13.6178 Ir D01 108.0550 10.3631 Ir D02 91.8469 8.8086 Ir D03 75.6387 7.2542 I E01 61.0809 5.8580 I E02 58.0269 5.5651 I E03 54.9755 5.2725 II F01 51.9250 4.9799 II F02 48.4118 4.6430 II F03 44.8986 4.3060 III G01 41.3886 3.9694 III G02 35.7283 3.4265 III G03 30.0678 2.8837 IV H01 24.4152 2.3416 IV H02 20.3264 1.9494 IV H03 16.2411 1.5576 V I01 12.1580 1.1660 V I02 10.8783 1.0433 V I03 9.5989 0.9206 VI J01 8.3251 0.7984 VI J02 6.8159 0.6537 VI J03 5.3071 0.5090 VII K01 3.7970 0.3642 VII K02 3.2283 0.3096 VII K03 2.6585 0.2550 VIII L01 0.1102 0.0106 VIII L02 0.0737 0.0071
entre otros parámetros.
39
VIII L03 0.0364 0.0035 Elaborado a partir de las avaluaciones de terrenos agrícolas del SII vigentes a junio del 2000.
2.3. RESULTADOS
La Tabla 2.7. resume los supuestos y muestra los resultados obtenidos para el costo CP
de energía asociado a los diferentes esquemas de manejo estudiados. En el Gráfico 2.9. se
muestra la relación obtenida entre la productividad del sitio y el costo CP. Cómo referencia
se ha marcado los costos por unidad de energía del petróleo, carbón mineral y gas natural.
40
Tabla 2.7. Costos principales (CP) de producción de energía según PCS por esquema de manejo.
CLASE SUB COSTO PRODUCTIVIDAD
Su Cu Co CP
CAP CLASE ANUAL SUELO (GJ PCS /(ha*año) 30% CH)
(UF/GJ PCS) (UF/GJ PCS) (UF/GJ PCS) (UF/GJ PCS)
USO (UF/(ha*año)) SAL POP EUC PIN SAL POP EUC PIN SAL POP EUC PIN SAL POP EUC PIN SAL POP EUC PIN
Ir A01 32.871 484 424 579 277 0.0679 0.0775 0.0568 0.1188 0.0289 0.0308 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1325 0.1485 0.0842 0.1647
Ir A02 31.260 484 424 579 277 0.0645 0.0737 0.0540 0.1130 0.0289 0.0308 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1291 0.1447 0.0814 0.1589
Ir A03 29.649 484 424 579 277 0.0612 0.0699 0.0512 0.1072 0.0289 0.0308 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1258 0.1409 0.0786 0.1531
IIr B01 28.039 456 398 579 277 0.0614 0.0705 0.0484 0.1014 0.0306 0.0328 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1278 0.1436 0.0758 0.1472
IIr B02 25.406 428 371 579 277 0.0593 0.0685 0.0439 0.0919 0.0326 0.0352 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1277 0.1439 0.0713 0.1377
IIr B03 22.775 400 344 579 277 0.0569 0.0662 0.0393 0.0823 0.0349 0.0379 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1275 0.1443 0.0668 0.1282
IIIr C01 20.145 372 318 579 277 0.0541 0.0634 0.0348 0.0728 0.0375 0.0411 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1274 0.1447 0.0622 0.1187
IIIr C02 16.878 344 291 579 277 0.0490 0.0580 0.0291 0.0610 0.0406 0.0449 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1253 0.1431 0.0566 0.1069
IIIr C03 13.618 316 264 579 277 0.0430 0.0515 0.0235 0.0492 0.0442 0.0494 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1229 0.1411 0.0509 0.0951
IVr D01 10.363 288 238 579 277 0.0359 0.0436 0.0179 0.0375 0.0484 0.0549 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1201 0.1387 0.0453 0.0833
IVr D02 8.809 260 211 579 277 0.0338 0.0417 0.0152 0.0318 0.0537 0.0619 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1232 0.1438 0.0426 0.0777
IVr D03 7.254 233 184 579 277 0.0312 0.0393 0.0125 0.0262 0.0601 0.0708 0.0154 0.0315 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1271 0.1503 0.0400 0.0721
I E01 5.858 579 277 0.0101 0.0212 0.0154 0.0315 0.0120 0.0144 0.0375 0.0670
I E02 5.565 579 277 0.0096 0.0201 0.0154 0.0315 0.0120 0.0144 0.0370 0.0660
I E03 5.272 579 277 0.0091 0.0191 0.0154 0.0315 0.0120 0.0144 0.0365 0.0649
II F01 4.980 579 277 0.0086 0.0180 0.0154 0.0315 0.0120 0.0144 0.0360 0.0639
II F02 4.643 579 277 0.0080 0.0168 0.0154 0.0315 0.0120 0.0144 0.0355 0.0626
II F03 4.306 548 262 0.0079 0.0165 0.0163 0.0333 0.0120 0.0144 0.0361 0.0641
III G01 3.969 518 247 0.0077 0.0161 0.0172 0.0353 0.0120 0.0144 0.0369 0.0657
III G02 3.427 487 232 0.0070 0.0148 0.0183 0.0375 0.0120 0.0144 0.0374 0.0667
III G03 2.884 456 217 0.0063 0.0133 0.0195 0.0401 0.0120 0.0144 0.0379 0.0678
IV H01 2.342 426 202 0.0055 0.0116 0.0209 0.0431 0.0120 0.0144 0.0385 0.0690
IV H02 1.949 395 187 0.0049 0.0104 0.0226 0.0465 0.0120 0.0144 0.0395 0.0713
IV H03 1.558 365 172 0.0043 0.0090 0.0245 0.0505 0.0120 0.0144 0.0408 0.0739
V I01 1.166 334 158 0.0035 0.0074 0.0267 0.0553 0.0120 0.0144 0.0422 0.0770
V I02 1.043 303 143 0.0034 0.0073 0.0294 0.0610 0.0120 0.0144 0.0449 0.0827
V I03 0.921 273 128 0.0034 0.0072 0.0327 0.0681 0.0120 0.0144 0.0481 0.0897
VI J01 0.798 242 113 0.0033 0.0071 0.0369 0.0771 0.0120 0.0144 0.0522 0.0985
VI J02 0.654 211 98 0.0031 0.0067 0.0422 0.0888 0.0120 0.0144 0.0574 0.1098
VI J03 0.509 181 83 0.0028 0.0061 0.0494 0.1047 0.0120 0.0144 0.0643 0.1252
VII K01 0.364 150 68 0.0024 0.0053 0.0595 0.1275 0.0120 0.0144 0.0740 0.1472
VII K02 0.310 119 53 0.0026 0.0058 0.0748 0.1629 0.0120 0.0144 0.0894 0.1831
VII K03 0.255 89 39 0.0029 0.0066 0.1007 0.2257 0.0120 0.0144 0.1156 0.2467
VIII L01 0.011 58 24 0.0002 0.0004 0.1540 0.3674 0.0120 0.0144 0.1662 0.3822
VIII L02 0.007
VIII L03 0.003
CP: costos principales de producción de energía (en rojo se indica los valores mínimos); Co: costos unitarios de cosecha; Cu: costos unitarios del cultivo; Su: costos unitarios de suelo; SAL: esquema de manejo definido para Salix; POP: esquema de manejo definido para Populus; EUC: esquema de manejo definido para Eucalyptus; PIN: esquema de manejo definido para Pinus.
41
Gráfico 2.9. Costos principales (CP) de producción de energía según PCS en función del sitio.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 10 20 30 40 50 60 70
Productividad (m3/(ha*año))
Co
sto
(U
F/G
j)
CP Populus (UF/GJ) CP Salix (UF/GJ) CP Pinus (UF/GJ) CP Eucalyptus (UF/GJ)
Petróleo (a)
Gas natural (b)
Carbón mineral (c)
(a) Considerando un costo de 2.6696 US$/Gj PCS correspondiente al precio promedio acumulado a octubre de 1999 del crudo Brent. (b) Considerando un costo de 1.2091 US$/Gj PCS correspondiente al precio en boca de pozo cobrado por el Ente Nacional Regulador del Gas de la República Argentina a abril de 1999. (c) Considerando un costo de 0.881762 US$/Gj PCS correspondiente al precio FOB en puerto de embarque de los 7 orígenes más baratos a abril de 1999. ENAP (1999), CNE 1 (1999), CNE 2 (1999).
42
Tabla 2.8. Costos principales (CP) de producción de energía según PCI por esquema de manejo. CLASE SUB COSTO PRODUCTIVIDAD Su Cu Co CP
CAP CLASE ANUAL SUELO (GJ PCI /(ha*año) 30% CH) (UF/GJ PCI) (UF/GJ PCI) (UF/GJ PCI) (UF/GJ PCI)
USO (UF/(ha*año)) SAL POP EUC PIN SAL POP EUC PIN SAL POP EUC PIN SAL POP EUC PIN SAL POP EUC PIN
Ir A01 32.871 453 395 539 259 0.0725 0.0833 0.0609 0.1271 0.0308 0.0331 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1391 0.1566 0.0895 0.1751
Ir A02 31.260 453 395 539 259 0.0690 0.0792 0.0580 0.1208 0.0308 0.0331 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1355 0.1525 0.0865 0.1689
Ir A03 29.649 453 395 539 259 0.0654 0.0751 0.0550 0.1146 0.0308 0.0331 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1320 0.1484 0.0835 0.1626
IIr B01 28.039 427 370 539 259 0.0656 0.0758 0.0520 0.1084 0.0327 0.0353 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1341 0.1513 0.0806 0.1564
IIr B02 25.406 401 345 539 259 0.0634 0.0736 0.0471 0.0982 0.0349 0.0378 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1340 0.1517 0.0757 0.1462
IIr B03 22.775 375 320 539 259 0.0608 0.0711 0.0422 0.0880 0.0373 0.0408 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1338 0.1521 0.0708 0.1361
IIIr C01 20.145 349 296 539 259 0.0578 0.0682 0.0374 0.0779 0.0401 0.0442 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1336 0.1526 0.0659 0.1259
IIIr C02 16.878 322 271 539 259 0.0524 0.0623 0.0313 0.0652 0.0434 0.0482 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1315 0.1508 0.0599 0.1133
IIIr C03 13.618 296 246 539 259 0.0460 0.0554 0.0252 0.0526 0.0472 0.0531 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1289 0.1487 0.0538 0.1007
IVr D01 10.363 270 221 539 259 0.0384 0.0469 0.0192 0.0401 0.0518 0.0590 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1259 0.1461 0.0478 0.0881
IVr D02 8.809 244 196 539 259 0.0361 0.0449 0.0163 0.0340 0.0573 0.0665 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1292 0.1515 0.0449 0.0821
IVr D03 7.254 218 172 539 259 0.0333 0.0423 0.0135 0.0280 0.0642 0.0761 0.0165 0.0337 0.0358 0.0402 0.0120 0.0144 0.1333 0.1586 0.0420 0.0761
I E01 5.858 539 259 0.0109 0.0226 0.0165 0.0337 0.0120 0.0144 0.0394 0.0707
I E02 5.565 539 259 0.0103 0.0215 0.0165 0.0337 0.0120 0.0144 0.0389 0.0695
I E03 5.272 539 259 0.0098 0.0204 0.0165 0.0337 0.0120 0.0144 0.0383 0.0684
II F01 4.980 539 259 0.0092 0.0192 0.0165 0.0337 0.0120 0.0144 0.0378 0.0673
II F02 4.643 539 259 0.0086 0.0179 0.0165 0.0337 0.0120 0.0144 0.0372 0.0660
II F03 4.306 511 245 0.0084 0.0176 0.0175 0.0356 0.0120 0.0144 0.0379 0.0675
III G01 3.969 482 231 0.0082 0.0172 0.0185 0.0377 0.0120 0.0144 0.0388 0.0693
III G02 3.427 454 217 0.0076 0.0158 0.0197 0.0401 0.0120 0.0144 0.0392 0.0703
III G03 2.884 425 203 0.0068 0.0142 0.0210 0.0429 0.0120 0.0144 0.0398 0.0715
IV H01 2.342 397 189 0.0059 0.0124 0.0225 0.0461 0.0120 0.0144 0.0404 0.0728
IV H02 1.949 368 175 0.0053 0.0111 0.0242 0.0497 0.0120 0.0144 0.0416 0.0752
IV H03 1.558 339 161 0.0046 0.0097 0.0263 0.0540 0.0120 0.0144 0.0429 0.0780
V I01 1.166 311 147 0.0038 0.0079 0.0287 0.0591 0.0120 0.0144 0.0445 0.0814
V I02 1.043 282 133 0.0037 0.0078 0.0316 0.0653 0.0120 0.0144 0.0473 0.0874
V I03 0.921 254 120 0.0036 0.0077 0.0351 0.0728 0.0120 0.0144 0.0508 0.0949
VI J01 0.798 225 106 0.0035 0.0076 0.0396 0.0824 0.0120 0.0144 0.0552 0.1044
VI J02 0.654 197 92 0.0033 0.0071 0.0454 0.0949 0.0120 0.0144 0.0607 0.1164
VI J03 0.509 168 78 0.0030 0.0065 0.0531 0.1119 0.0120 0.0144 0.0681 0.1328
VII K01 0.364 140 64 0.0026 0.0057 0.0639 0.1363 0.0120 0.0144 0.0785 0.1563
VII K02 0.310 111 50 0.0028 0.0062 0.0803 0.1742 0.0120 0.0144 0.0952 0.1948
VII K03 0.255 82 36 0.0031 0.0071 0.1081 0.2414 0.0120 0.0144 0.1233 0.2628
VIII L01 0.011 54 22 0.0002 0.0005 0.1654 0.3928 0.0120 0.0144 0.1776 0.4076
VIII L02 0.007
VIII L03 0.003
CP: costos principales de producción de energía (en rojo se indica los valores mínimos); Co: costos unitarios de cosecha; Cu: costos unitarios del cultivo; Su: costos unitarios de suelo; SAL: esquema de manejo definido para Salix; POP: esquema de manejo definido para Populus; EUC: esquema de manejo definido para Eucalyptus; PIN: esquema de manejo definido para Pinus.
43
3. MÉTODOS DE APROVECHAMIENTO Y CONVERSIÓN DE LA BIOMASA POSIBLES
DE UTILIZAR EN CHILE
El término dendroenergía se refiere a aquella energía proveniente de los árboles en
forma de cualquier combustible. Después de ser cortado y a veces secado, este
combustible se puede quemar, liberándose la energía principalmente en forma de calor.
También puede ser convertido a otro estado o aumentársele su contenido de energía por
unidad de volumen. Esto se puede lograr mediante la oxidación parcial del combustible y
la reducción de los productos obtenidos bajo condiciones controladas o con procesos
físicos como la compactación.
Los procesos de transformación del combustible frecuentemente se hacen a costa de
una disminución de la energía total disponible. Sin embargo, las características del
combustible resultante permiten su utilización en sistemas de aprovechamiento más
eficientes que logran contrarrestar esta disminución. Otras veces, la conveniencia de la
transformación radica en las facilidades existentes para la comercialización, el transporte o
la posibilidad de utilización en conjunto con otros combustibles.
3.1. PRINCIPALES MÉTODOS DE APROVECHAMIENTO Y CONVERSIÓN
3.1.1. COMBUSTIÓN DIRECTA
Este es el método de aprovechamiento más sencillo, menos costoso por unidad de
energía liberada y el más usado. Además, es la base de varios procesos de conversión de
biomasa. La mayor parte de la energía liberada corresponde a la oxidación de los
carbohidratos y la lignina de la madera obteniéndose agua, dióxido de carbono y energía
en forma de luz y calor. Según Horta, Silva, Trossero, Frisk (1998), la reacción de
combustión de madera con aire puede ser dividida en seis etapas:
1. Secado.
44
2. Emisión de volátiles.
3. Ignición de volátiles.
4. Quema de los volátiles en llama.
5. Extinción de la llama de los volátiles.
6. Combustión del carbón.
Hellwig (1982), citado por los mismos autores, relaciona la temperatura con la fracción
de masa consumida durante las diferentes etapas de la combustión de madera. Esta
relación se muestra en el Gráfico 3.1.
Gráfico 3.1. Fracción de masa consumida durante la combustión de madera a
diferentes temperaturas.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 20 40 60 80 100
Porcentaje de masa consumida
Tem
per
atu
ra (
°C)
secado
emisión de
volátiles
ignición de
volátiles
combustión de
volátiles
extinción de
la llama
combustión
del carbón
Fuente: Horta, Silva, Trossero, Frisk (1998).
Ramage, Scurlock (1998) señalan que el proceso puede dividirse en dos etapas
principales: una relacionada a la combustión de la parte volátil y la otra relacionada a la
combustión del carbón.
45
Diversos autores señalan que la combustión de la madera usando aire como
comburente puede ser representada mediante la siguiente expresión:
Biomasa + Aire CO2 + SO2 + H2O + N2 + O2 + CO + H2 + CH4 + Hollín +
Cenizas + Energía
Horta, Silva, Trossero, Frisk (1998) indican que el dióxido de carbono, el dióxido de
azufre y el agua son producto de la oxidación completa de la biomasa; el nitrógeno y el
oxígeno molecular provienen del exceso de aireación y eventualmente del exceso de agua
del combustible y del aire; el monóxido de carbono, el hidrógeno molecular el metano y el
hollín provienen de la combustión incompleta y; la ceniza proviene de la parte mineral
incombustible de la biomasa.
La combustión directa de la biomasa se usa en la satisfacción de necesidades
domésticas de calefacción, agua caliente y cocina.
En los procesos industriales es frecuente la utilización del ciclo de Rankine para la
obtención de trabajo en todas sus formas. La eficiencia térmica de una caldera de biomasa
es del orden del 70%. El diseño de los hogares ha sido objeto de gran atención debido a
que sus variaciones influyen de manera importante en la eficiencia del ciclo. Los hogares
de lecho fluidizado18 son populares en las actuales centrales térmicas industriales.
La utilización de hornos es frecuente cuando se requiere la transferencia directa de
calor a los materiales procesados, como es el caso de la industria cerámica y metalúrgica.
La combustión conjunta de biomasa y combustibles fósiles19 representa una alternativa
efectiva para reducir costos y emisiones indeseables en la operación de calderas y hornos.
Esta modalidad de combustión directa se ha desarrollado en los últimos años como
resultado de normas ambientales que deben cumplir las empresas generadoras de
electricidad de países desarrollados.
18 Traducción de fluidized bed combustion chamber.
46
3.1.2. PIRÓLISIS
La pirólisis consiste en el calentamiento de la madera en ausencia de aire hasta la
eliminación de gran parte de su contenido volatilizable obteniéndose el carbón vegetal.
La pirólisis puede llevarse a cabo en hornos o retortas (Earl, 1975). En el caso de los
hornos, la biomasa es parcialmente quemada para calentar la carga. Las retortas en cambio
obtienen la energía para el calentamiento de la carga de una fuente externa.
El mismo autor distingue cuatro etapas para la pirólisis en hornos:
1. Combustión: en esta etapa la biomasa es parcialmente quemada en presencia de aire
para que la carga alcance una temperatura de 600°C. Los productos
obtenidos en esta etapa corresponden a dióxido de carbono y agua.
2. Deshidratación: la duración de esta etapa es función del contenido de humedad original
de la madera. Comienza con una temperatura de entre 100°C y 150°C y
termina con una temperatura de hasta 270°C. El producto principal en esta
etapa es el agua.
3. Exotérmica o de carbonización: Una vez eliminada el agua comienza la descomposición
de la madera obteniéndose ácido acético, agua, alcohol metílico, alquitrán,
dióxido de carbono, monóxido de carbono, metano, hidrógeno y nitrógeno.
Las temperaturas alcanzadas son de alrededor de 650°C. En esta fase las
ventilaciones del horno deben permanecer cerradas.
4. Enfriamiento: Este período es de longitud variable en función de la técnica de
carbonización específica utilizada.
La duración de cada etapa depende de factores como el contenido de humedad inicial
de la madera, tamaño del horno, cantidad de carga y especie usada. El Gráfico 3.2.
relaciona la duración de cada etapa con sus respectivas temperaturas para un horno de
acero.
19 Traducción de co-firing.
47
Gráfico 3.2. Carbonización de Eucalyptus saligna en un horno transportable
de acero Mark V.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25
Tiempo (horas)
Tem
per
atu
ra (
C)
Combustión
Deshidratación
Exotérmica
Enfriamiento
Las temperaturas fueron registradas por un pirómetro ligado a un par termoeléctrico que estaba insertado en el horno 20 centímetros, en un lugar situado 45 centímetros sobre el nivel del suelo. Fuente: Earl (1975).
El carbón vegetal contiene aproximadamente el doble de energía por unidad de masa
que el material vegetal original, sin embargo, su producción consume hasta dos tercios de
la energía originalmente contenida en este (Ramage, Scurlock, 1998). Se puede considerar
que la cantidad media de energía que queda en el carbón es aproximadamente un 38% de
la energía contenida en la madera original.
Durante la combustión del carbón es posible alcanzar temperaturas mayores que con la
combustión de madera. Esto significa que en principio, la eficiencia térmica de los ciclos
que utilizan carbón, puede ser mayor que aquella de los ciclos que utilizan madera.
Además, las emisiones de humo que resultan de su aprovechamiento eficiente son
mínimas. Debe tenerse presente que las emisiones que se producen durante la fabricación
48
del carbón representan un problema. Estas emisiones pueden ser recolectadas y
aprovechadas como productos energéticos.
Si se efectúa la carbonización de partículas pequeñas de madera, como aserrín o
astillas, es posible compactarlas para obtener briquetas. La Tabla 3.1. muestra las
características de madera, carbón vegetal y briquetas elaboradas a partir de madera de
Acacia sp.
Tabla 3.1. Características de los productos de la pirólisis
de madera de Acacia sp.
Material Densidad
(respecto a la
madera)
PCS
(Mj/Kg)
Contenido
de energía
(Gj/m3)
Madera 1 18.42 18.42
Carbón vegetal 0.475 31.40 15.07
Briquetas 0.9 31.40 28.05
Elaborado a partir de Earl (1975).
3.1.3. PIRÓLISIS RÁPIDA
La pirólisis rápida es un proceso similar al anterior. La diferencia fundamental es que
en este caso las temperaturas son las apropiadas para que se obtengan mayores
proporciones de productos líquidos y sólo un 10% de carbón aproximadamente. Este
líquido tiene cerca de la mitad del poder calorífico del petróleo y es llamado bio-crudo20.
(Ramage, Scurlock, 1998).
Según Bridgwater (1999), el rendimiento de la pirólisis rápida es del orden de 800Kg
de bio-crudo por tonelada seca de madera siendo el gas y el carbón subproductos
20 Traducción de bio-oil.
49
utilizados en el mismo proceso. El mismo autor señala que para obtener los mejores
rendimientos, la biomasa debe ser picada finamente para favorecer el control preciso de la
temperatura.
El bio-crudo ha sido utilizado en motores de ciclos Diesel y Bryton, así como en la
producción de diversos productos químicos incluyendo fertilizantes agrícolas y fenol
formaldheído.
El Gráfico 3.3. muestra un esquema de la pirólisis rápida utilizando un reactor de
lecho fluidizado.
Gráfico 3.3. Esquema de una planta de pirólisis rápida basada en un reactor
de lecho fluidizado.
Fuente: Bridgewater (1999)
3.1.4. GASIFICACIÓN
Biomasa
Secado
Picado
Reactor
Bio-crudo
Recolección y enfriamiento
Ciclón
Carbón
Gas
50
La gasificación es un proceso parecido al anterior pero este está orientado a
transformar la mayor cantidad de madera en un combustible gaseoso. Según Taboada
(1989), las altas temperaturas hacen que los productos obtenidos sean de bajo peso
molecular. Según Paredes (1986), la gasificación consiste en cuatro etapas que ocurren
simultáneamente en diferentes zonas de un reactor:
1. Secado: En esta etapa ocurre el calentamiento y secado del sólido.
2. Pirólisis: Aquí se produce el desprendimiento de gases, agua y alquitranes.
3. Gasificación: En esta zona se produce monóxido de carbono e hidrógeno por
reacción del carbón con vapor de agua.
4. Combustión: En esta zona se produce la liberación de la energía para llevar a cabo
todo el proceso.
El Gráfico 3.4. muestra las cuatro zonas en un reactor de lecho móvil en
contracorriente. En este tipo de gasificador, la fase sólida desciende por gravedad mientras
los gases fluyen hacia arriba.
Gráfico 3.4. Esquema de un gasificador de
lecho móvil en contracorriente.
Producto gaseoso Madera
51
Fuente: Paredes (1986).
El gas obtenido contiene hidrógeno, monóxido de carbono, metano y nitrógeno en
proporciones que varían de acuerdo a las condiciones específicas del proceso. La densidad
de energía de este combustible hace antieconómico su transporte, siendo más bien
apropiado para su consumo en el mismo lugar de generación. Este combustible se ha
usado para alimentar calderas, motores de pistón, hornos y turbinas a gas. Es común su
utilización en conjunto con combustibles fósiles. La gasificación también puede ser
conducida para obtener un gas que contiene casi únicamente hidrógeno y monóxido de
carbono, llamado gas de síntesis21, que puede ser usado para producir hidrocarburos y
alcoholes. Estos últimos se pueden usar como combustibles por sí solos o pueden
mezclarse con combustibles fósiles para su aprovechamiento.
Droguett, Diez, Neuburg (1989) encontraron que el rendimiento de un gasificador de
10Kw en co-corriente alimentado con chips de Pino radiata tiene una eficiencia térmica
de 60%. Los gasificadores de mayor tamaño tienen rendimientos mayores.
21 Traducción de synthesis gas.
Secado
Desvolatilización o Pirólisis
Gasificación
Combustión
Vapor y oxígeno (o aire) Ceniza
52
Proyectos de generación de electricidad que utilizan ciclos combinados tienen
eficiencias térmicas de diseño de entre 20% y 45% (U.S.D.O.E., 1999; Horta, Silva,
Trossero, Frisk, 1998). Esta tecnología recién está empezando a difundirse a escala
industrial, razón por la cual los costos de inversión en equipos son comparativamente
altos.
3.1.5. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
La fermentación alcohólica es una digestión anaeróbica de azúcares mediante la cual
se obtiene etanol. Esta digestión es realizada por microorganismos llamados levaduras a
partir de azúcares que pueden provenir de madera previamente hidrolizada. El líquido
resultante contiene aproximadamente un 9% de alcohol (McMullan, Morgan, Murray,
1983), por lo cual usualmente es destilado antes de servir como combustible. Una vez
destilado puede usarse como sustituto o complemento de la gasolina en el transporte.
El atractivo de la fermentación alcohólica es que puede ser realizado en condiciones
ambientales de temperatura y presión y, que el combustible obtenido es valioso. La
desventaja es que la destilación consume una gran cantidad de energía. Por este motivo,
varios autores subrayan la necesidad de examinar cuidadosamente el balance de energía de
todo el proceso antes de emprender cualquier proyecto. De gran importancia resulta ser el
contenido de azúcar del material fermentado. La Tabla 3.2. indica la productividad de
etanol posible de obtener con diferentes cultivos.
Tabla 3.2. Productividad de la fermentación
alcohólica usando diferentes cultivos.
Materia prima Litros de etanol
por tonelada
Litros por ha
por año
53
Caña de azúcar 70 400-12,000
Maíz 360 250-2,000
Yuca 180 500-4,000
Madera 160 160-4,000
Fuente: Ramage, Scurlock (1998).
Gallardo (1998), concluyó que el rendimiento promedio de etanol que se obtiene a
partir de Salix viminalis en Chile es de 0.38 litros por kilogramo seco de madera libre de
extraíbles.
3.1.6. APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS DE LA INDUSTRIA FORESTAL
Existe una variedad de residuos que produce la industria forestal, cuyo
aprovechamiento se hace de diferentes formas. Por una parte están los residuos de
cosechas y prácticas silviculturales que pueden ser picados con trituradores mecánicos,
secados y aprovechados mediante alguno de los procesos ya descritos. También están los
residuos de las plantas de celulosa, que cada vez más tienden a ser aprovechados en el
mismo proceso. Los aserraderos tienen aprovechamientos volumétricos progresivamente
mayores con baja producción de residuos. Según el tipo de producto manufacturado, los
aserraderos pueden ser excedentarios de energía o al menos autoabastecrse, siendo el
secado un proceso particularmente gravitante en este aspecto.
Según el Departamento de Energía de Estados Unidos (1997), la composición de la
producción de un aserradero moderno, sin considerar el secado de la madera, es
aproximadamente el que se muestra en la Tabla 3.3.
Tabla 3.3. Composición de la producción de un aserradero tipo.
Ingresa Productos Composición de Combustible 1 tonelada de trozo seco 113 Kwh de electricidad
0.56 toneladas de madera 0.25 toneladas de astillas
0.10 toneladas de corteza 0.03 toneladas de despuntes
54
0.15 toneladas de combustible 0.04 toneladas de aserrín
0.02 toneladas de polvo de lija
Fuente: USDOE (1997).
El aserrín de los aserraderos puede ser comprimido y vendido para uso residencial
fundamentalmente. Este combustible es un excelente sustituto de la leña y en otros países
su consumo es habitual en las zonas rurales.
3.2. NECESIDADES DE ENERGÍA DE CHILE
La Comisión Nacional de Energía considera que el consumo de energía está dividido
en 4 sectores dependiendo de la cantidad y forma de energía que utilizan. Estos sectores
son:
1. Sector Comercial, Público y Residencial que incluye las oficinas, reparticiones,
servicios y establecimientos comerciales, ya sean de propiedad fiscal,
municipal o particular; el alumbrado público y consumos residenciales de
cualquier tipo, ya sean urbanos o rurales.
2. Sector Industrial y Minero que incluye los consumos de energía de las empresas del
cobre, salitre, hierro, papel, celulosa, cemento, azúcar, pesca, siderurgicas,
petroquímicas, e industrias y minas varias.
3. Sector Transporte que incluye el transporte caminero, ferroviario, marítimo y aéreo.
4. Sector Centro de Transformación: que incluye todos los procesos de extracción,
producción y distribución de energía eléctrica, de petróleo, gas natural, gas
y coke, carbón, leña y metanol.
A continuación se analiza el consumo de energía de los diferentes sectores
identificados por la Comisión Nacional de Energía en Chile.
3.2.1. EVOLUCIÓN DEL CONSUMO TOTAL DE ENERGÍA
55
La Tabla 3.4. muestra la evolución del consumo total de energía en Chile.
Tabla 3.4. Evolución del consumo total de energía por sector.
Año Producto Interno Bruto (millones de $
de 1986)
Transporte (TJ)
Industrial y Minero (TJ)
Comercial, Público y
Residencial (TJ)
Centros de Transformación
(TJ)
Total (TJ)
1986 3,419,209 105,047 138,947 119,232 89,505 452,731 1987 3,644,681 112,838 142,251 124,260 89,907 469,257 1988 3,911,154 126,508 153,471 132,177 123,163 535,320 1989 4,324,181 137,109 162,033 139,935 177,010 616,088 1990 4,484,071 150,469 163,227 146,584 196,365 656,645 1991 4,841,447 156,754 183,436 154,719 162,733 657,642 1992 5,435,881 169,113 211,484 167,706 157,260 705,564 1993 5,815,646 187,179 205,869 176,264 161,393 730,705 1994 6,147,610 205,710 206,007 187,066 186,874 785,657 1995 6,800,952 225,970 227,414 195,984 199,840 849,209 1996 7,305,141 239,431 250,433 201,929 248,935 940,728 1997 7,858,481 256,416 295,672 216,583 287,034 1,055,706
Elaborado a partir de CNE 1 (1999) y Banco Central de Chile (2000).
El en el Gráfico 3.5. se muestra ecuaciones de correlación lineal para el consumo de
energía por sector en función del Producto Interno Bruto obtenidas por el método de los
mínimos cuadrados con el programa Microsoft Excel 7.0.
Gráfico 3.5. Consumo de energía por sector en función del Producto Interno Bruto.
56
y = 31.385x + 27663
R2 = 0.9529
y = 21.862x + 46960
R2 = 0.9923
y = 34.12x - 9229.7
R2 = 0.9942
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000
PIB (miles de millones de $ de 1986)
Co
nsu
mo
(T
J)
Transporte (TJ) Industrial y Minero (TJ)
Comercial, Público y Residencial (TJ) Lineal (Industrial y Minero (TJ))
Lineal (Comercial, Público y Residencial (TJ)) Lineal (Transporte (TJ))
Este gráfico indica que, si bien los tres sectores tienen un nivel de consumo parecido,
el sector Industrial y Minero es el consumidor más grande, mientras que el sector
Comercial, Público y Residencial es el más pequeño. El sector más sensible al aumento
del Producto Interno Bruto es el Transporte y, el menos sensible es el sector Comercial,
Público y Residencial.
El consumo de electricidad agregado merece una atención especial debido a que desde
1982, ha crecido más rápido que el Producto Interno Bruto (Dirección General de Asuntos
Hacendarios Internacionales, 1997). CNE 2 (1999) prevee crecimientos del orden del 8%
para el consumo neto de electricidad en el Sistema Interconectado Central22 (Tabla 3.5.).
Esto significa que la capacidad instalada debiera duplicarse cada 8 años para satisfacer este
aumento previsto en el consumo.
57
Tabla 3.5. Previsión del consumo neto en el
Sistema Interconectado Central.
Año Producción Neta (GWh)
Aumento (%)
1999 27,699 2000 29,833 7.7 2001 32,159 7.8 2002 34,880 8.5 2003 37,865 8.6 2004 41,030 8.4 2005 44,470 8.4 2006 48,333 8.7 2007 52,390 8.4 2008 56,824 8.5 2009 61,590 8.4
Elaborado a partir de CNE 2 (1999).
La tendencia de las sociedades a concentrarse en la utilización de la energía eléctrica a
medida que se desarrollan ha sido observada por Perelman (1983).
3.2.2. COMPOSICIÓN DEL CONSUMO
Los gráficos 3.6. a 3.9. muestran la evolución de la participación porcentual de los
diferentes combustibles en la satisfacción de la demanda de energía de cada sector.
Gráfico 3.6. Evolución de la participación porcentual de los productos energéticos usados
por el sector Centro de Transformación.
22 Principal red de distribución de energía eléctrica del país.
58
26.8 26.620.4 19.2 18.6 19.7 19.2 19.6 18.6 19.9 19.8
15
34.7 35.841.1 41.7 44.4 40.9
32.5 34.139.5
41.146.3
47.3
4.5 4.4 4.3 2.62.2
3.1
3.83.9
3.42.9
3.1
2.5
25 24.2 26.5 30.8 29.9 30.3
36.5 3430.7 27.7
22.327.6
4.5 4.3 3.8 2.6 2 2.6 4.5 4.7 4.4 5 5.4 4.8
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
Derivados del Petróleo y Gas Natural Electricidad
Carbón Coke y alquitrán
Gas Coriente Gas de altos hornos
Gas Natural Leña y Otros
Biogás
Elaborado a partir de CNE 1 (1999), CNE 3 (2000).
De este gráfico se puede concluir que los principales combustibles usados por este
sector son el carbón mineral, los derivados del petróleo y gas natural y el gas natural. La
producción de electricidad, gas licuado y refinación del petróleo son los principales
destinos de la energía consumida.
Gráfico 3.7. Evolución de la participación porcentual de los productos energéticos usados
por el sector Industrial y Minero.
59
37.6 36.1 37.840.9 39.1 37.3 36
41.2 41.6 42.9 43.1 41.1
20.4 21.321.2
21.8 22.522.4 22.6
24.1 25.426.3 26.6
24.7
13.6 13.313.5
1413
12.2 12
11.1 8.87.4 8.8 14.5
19.7 20.1 18.315.5
17.3 20.3 21.114.4 14.4 13.9
138.8
6.6 6.7 6.7 5.9 6.3 5.7 6.3 6.9 7.4 7.3 6.4 5.3
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
Derivados del Petróleo y Gas Natural (*) Electricidad
Carbón Gas Coriente
Gas Natural Leña y Otros
Otros(**)
(*) Corresponde a petróleos combustibles, petróleo Diesel, kerosene, gas licuado y nafta. (**) Corresponde a coke, alquitrán, metanol y gas de altos hornos. Elaborado a partir de CNE 1 (1999), CNE 3 (2000).
En este gráfico se puede observar que las principales productos energéticos
consumidos por el sector Industrial y Minero son el petróleo, la electricidad y el carbón
mineral. También se puede observar la disminución progresiva de la participación de la
leña y otros en favor de los derivados del petróleo y, a partir de 1997, del gas natural.
Este patrón de consumo permite inferir que las principales necesidades de este sector
debieran ser el calor para procesos, el movimiento y la iluminación.
60
Del total de la energía consumida por este sector en 1996, aproximadamente el 65% se
transformó en energía útil.
Gráfico 3.8. Evolución de la participación porcentual de los productos energéticos usados
por el sector Comercial, Público y Residencial.
25.8 25.4 26 26.6 26.7 27.2 29.3 29.6 29.5 28.6 26.1 27.2
12.2 12.4 12.4 12.5 12.4 12.312.4 12.7 13.1 13.5
14.5 14.5
5.2 4.7 4.8 4.7 4.8 4.84.5 4.4 4.2 4.2
4.2 4.2
54.6 55 54.3 53.8 54 53.8 51.6 51.5 51.5 52 53.5 52.4
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
Derivados del Petróleo y Gas Natural Electricidad Carbón Gas Coriente Gas Natural Leña y Otros
Elaborado a partir de CNE 1 (1999), CNE 3 (2000).
En este gráfico se observa que la leña y otros23 corresponde al producto energético más
usado, seguido de los derivados del petróleo y gas natural y la electricidad. Este
23 Leña y otros es el término empleado por la Comisión Nacional de Energía para referirse a la leña, carbón vegetal, vapor industrial, aceite de pescado y sólidos derivados del proceso de la celulosa.
61
patrón de consumo sugiere que las principales necesidades de este sector debieran ser el
calor (para cocinar, para calefacción y para calentar agua) y la iluminación.
Del total de la energía consumida por este sector en 1996, aproximadamente el 37% se
transformó en energía útil.
El aporte anual de energía correspondiente a la leña y otros durante los últimos 12 años
es en promedio de 53.2% del total consumido por el sector. Se puede apreciar además, que
la desviaciones entorno a este valor son pequeñas.
Suponiendo que el porcentaje de participación de la leña y otros en el total de la
energía consumida por el sector se mantiene constante y, usando la ecuación de
correlación para este sector presentada en el Gráfico 4.1., es posible extrapolar el consumo
de leña y otros dado el crecimiento del Producto Interno Bruto. La Tabla 3.6. muestra esta
extrapolación.
62
Tabla 3.6. Extrapolación del consumo de leña y otros del sector Comercial,
Público y Residencial.
Año Crecimiento del PIB Respecto al Año Anterior (%)
(*)
PIB (Millones de $ de 1986)
Consumo Sector (TJ)
(**)
Consumo Leña y
Otros (TJ) (***)
Consumo Leña y Otros (t) (****)
1999 2 8,289,036 228,175 121,389 8,283,793 2000 5 8,703,488 237,236 126,209 8,612,740 2001 5 9,138,662 246,749 131,271 8,958,134 2002 5 9,595,595 256,739 136,585 9,320,797 2003 5 10,075,375 267,228 142,165 9,701,594 2004 5 10,579,144 278,241 148,024 10,101,431 2005 5 11,108,101 289,805 154,176 10,521,259 2006 5 11,663,506 301,948 160,636 10,962,079 2007 5 12,246,682 314,697 167,419 11,424,939 2008 5 12,859,016 328,084 174,541 11,910,943 2009 5 13,501,966 342,140 182,018 12,421,247 2010 5 14,177,065 356,899 189,870 12,957,067
(*) Valores supuestos. (**) Según el modelo: Consumo Sector Comercial, Público y Residencial(TJ)=21.862*PIB(miles de millones)+46,960 cuyo coeficiente de correlación R^2 es mayor a 0.99. (***) Calculado como el 53.2% del consumo total del sector. (****) Usando el mismo valor que la CNE 1 para el contenido de energía de la madera (14,653 KJ/Kg).
63
Gráfico 3.9. Evolución de la participación porcentual de los productos energéticos
usados por el sector Transporte.
99.2 99.3 99.4 99.5 99.3 99.3 99.4 99.4 99.5 99.6 99.6 99.6
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
Derivados del Petróleo y Gas Natural Electricidad Gas Natural
Elaborado a partir de CNE 1 (1999), CNE 3 (2000).
Del Gráfico 3.9. se puede concluir que los derivados del petróleo y gas natural son los
principales productos energéticos usado por el sector Transporte. Dentro de los derivados
del petróleo y gas natural, el petróleo Diesel y la gasolina de 93 octanos son los productos
energéticos más usados. Este patrón de consumo sugiere que la principal necesidad de este
sector es la propulsión de vehículos con motores de combustión interna.
Del total de la energía consumida por este sector en 1996, aproximadamente el 29% se
transformó en energía útil.
64
3.3. SELECCIÓN DE MÉTODOS DE APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA
De acuerdo con los capítulos 3.1. y 3.2., la Tabla 3.7. muestra métodos de
aprovechamiento de la biomasa apropiados para satisfacer algunas de las principales
necesidades de energía de Chile.
Tabla 3.7. Métodos de aprovechamiento posibles de utilizar para satisfacer algunas de las
principales necesidades de energía de Chile.
Método Necesidad Sector Combustión directa Electricidad, calor para procesos industriales,
calefacción, cocina y agua caliente Todos los sectores
Gasificación Electricidad, calor de proceso, calefacción y agua caliente, combustibles para el transporte
Todos los sectores
Pirólisis Carbón vegetal Industrial Pirólisis rápida Combustibles líquidos Transporte, Industrial Fermentación alcohólica
Combustibles líquidos para el transporte Transporte
3.3.1. APORTE POTENCIAL DE ALGUNOS MÉTODOS
A continuación se hace una estimación de la contribución potencial de los esquemas
dendroenergéticos seleccionados en la satisfacción de algunas necesidades de energía cuyo
consumo agregado en 1996 es conocido. Para esto se considera el rendimiento de los sitios
de menor costo de producción de acuerdo a la Tabla 2.7.
La eficiencia térmica de los métodos de aprovechamiento generalmente se expresa
como la cantidad de energía útil obtenida por unidad de energía consumida expresada en
porcentaje. La energía consumida habitualmente se refiere al poder calorífico inferior del
combustible en uso.
Para estimar el aporte potencial de algunos métodos de aprovechamiento de biomasa,
se considera los poderes caloríficos inferiores de la Tabla 3.8.
65
Tabla 3.8. Poderes caloríficos inferiores de la biomasa en estudio.
Madera de PCS seco al horno (a) (MJ/Kg)
PCI 30% CH (b) (MJ/Kg)
Densidad 30,30
(Kg/m3)
Contenido de energía 30% CH (GJ PCI/m3)
Pinus radiata 20.138 13.868 533 7.391 Eucalyptus globulus 19.424 13.318 810 10.787 Salix sp. 20.243 13.948 559 7.797 Populus sp. 19.269 13.199 430 5.680 (a) Según la Tabla 1.2. (b) Según la fórmula PCI=(PCS-600*(CH+9*H))/(1+CH)) donde: H es el contenido peso/peso de hidrógeno expresado en tanto por uno; CH es el contenido de humedad en base seco expresado en tanto por uno, propuesta por Kollmann y citada por Barros, Prado, Aguirre (1989).
3.3.1.1. COMBUSTIÓN DIRECTA Y GASIFICACIÓN
Considerando un consumo total de electricidad del orden de 101,186 TJ (valor
registrado en 1996), y que la eficiencia de producir energía eléctrica mediante el ciclo de
Rankine con una turbina a vapor es de aproximadamente 25%24, entonces la Tabla 3.9.
muestra el aporte potencial de la combustión directa en la satisfacción de esta necesidad.
24 Eficiencia caldera=0.70; eficiencia turbina=0.40; eficiencia generador=0.90.
66
Tabla 3.9. Aporte potencial de la combustión directa en la
satisfacción de las necesidades de electricidad.
Especie Sitio (m3/(ha*año))
Potencial (GJ/(ha*año))
Aporte cada 1000ha (% del consumo total
de 1996)
Pino radiata 31 57.284 0.057 33 60.979 0.060 35 64.675 0.064
Eucalyptus globulus
45 121.348 0.120
47 126.742 0.125 50 134.832 0.133
Salix sp. 28 54.580 0.054 31 60.428 0.060 35 68.225 0.067
Populus sp. 30 42.597 0.042 35 49.696 0.049 39 55.376 0.055
Los rendimientos usados son referenciales. Análogamente, la Tabla 3.10. muestra el potencial de la gasificación de madera y
aprovechamiento en una planta de ciclo combinado Bryton-Rankine con una eficiencia
global del 35%.
67
Tabla 3.10. Aporte potencial de la gasificación en la satisfacción de
las necesidades de electricidad.
Especie Sitio (m3/(ha*año))
Potencial (GJ/(ha*año))
Aporte cada 1000ha (% del consumo total de
1996)
Pino radiata 31 80.197 0.058 33 85.371 0.062 35 90.545 0.066 Eucalyptus globulus
45 169.888 0.123
47 177.438 0.129 50 188.764 0.137 Salix sp, 28 76.412 0.055 31 84.600 0.061 35 95.516 0.069 Populus sp, 30 59.636 0.043 35 69.575 0.051 39 77.526 0.056 Los rendimientos usados son referenciales.
3.3.1.2. PIRÓLISIS
Considerando que el consumo total de carbón mineral en 1996 fue de
aproximadamente 137,708 TJ y que el rendimiento de la producción de carbón vegetal a
partir de madera es de aproximadamente 38%, la Tabla 3.11. muestra el aporte potencial
de la pirólisis en la satisfacción de la demanda total.
68
Tabla 3.11. Aporte potencial de la pirólisis en la satisfacción de la
demanda total de carbón.
Especie Sitio (m3/(ha*año))
Potencial (GJ/(ha*año))
Aporte cada 1000ha (% del consumo total
de 1996)
Pino radiata 31 87.071 0.063 33 92.688 0.067 35 98.306 0.071 Eucalyptus globulus
45 184.450 0.134
47 192.647 0.140 50 204.944 0.149 Salix sp. 28 82.962 0.060 31 91.851 0.067 35 103.703 0.075 Populus sp. 30 64.747 0.047 35 75.538 0.055 39 84.171 0.061 Los rendimientos usados son referenciales.
3.3.1.3. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Considerando que el consumo total de gasolina de 93 octanos con y sin plomo en
1996 fue de aproximadamente 100,860 TJ y que el rendimiento de la producción de
etanol a partir de madera de Salix viminalis es de aproximadamente 0.160 l/kg, la Tabla
3.12. muestra el aporte potencial de la fermentación alcohólica en la satisfacción de la
demanda total.
69
Tabla 3.12. Aporte potencial de la fermentación de madera de Salix sp.
y Populus sp. en la satisfacción de la demanda total de gasolina para
automóviles.
Especie Sitio (m3/(ha*año))
Potencial (GJ PCI/(ha*año))
Aporte cada 1000ha (% del consumo total
de 1996)
Salix sp. 28 41.47 0.041 31 46.46 0.046 35 51.46 0.051
Populus sp. 30 34.56 0.034 35 39.55 0.039 39 44.54 0.044
3.4. COSTOS DE COMBUSTIBLE RELACIONADOS AL APROVECHAMIENTO DE LA
DENDROENERGÍA
A continuación se muestra los costos de combustible relacionados a la producción de
electricidad, carbón vegetal y etanol a partir de madera como materia prima. Estos costos
corresponden a la parte del costo de producción de una forma de energía o producto
energético atribuible exclusivamente al combustible, esto es, dejando fuera los costos de
inversión y mantención que corresponda (costos no combustibles). Para los combustibles
dendroenergéticos, se utiliza los costos principales (CP) mínimos obtenidos en la Tabla
2.7. y las eficiencias de aprovechamiento señaladas en 3.3.
En los gráficos que siguen se indica un precio base para cada forma de energía o
producto energético. Cuando el precio base es mayor que el costo de combustible,
entonces podría existir la posibilidad de cubrir los costos no combustibles asociados a esa
forma de energía o producto energético. Por el contrario, cuando el precio base es menor o
igual que el costo de combustible, entonces esa forma de energía no tiene posibilidades de
desarrollarse dadas las actuales condiciones de mercado.
Gráfico 3.10. Costos de combustible relacionados a diferentes métodos de
producción de electricidad.
70
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
Co
sto
co
mb
ust
ible
(U
F/G
J el
éctr
ico
)Precio Base (*)
(*) Precio Base de la energía, consumos específicos de carbón mineral, fuel oil No.6 y Diesel de acuerdo con CNE 4 (2000). Los costos de combustible excluyen transporte y procesamiento previos.
Gráfico 3.11. Costos de combustible relacionados a la producción de carbón vegetal.
71
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Pino
radiata
Eucalyptus
globulus
Salix sp. Populus
sp.
Co
sto
(U
F/G
J) Precio Base (*)
(*) Precio Base del carbón mineral de acuerdo con CNE 4 (2000). Los costos de combustible excluyen transporte y procesamiento previos.
Gráfico 3.12. Costo de la materia prima para la obtención de etanol a partir de
fermentación de madera de Salix sp. y Populus sp.
72
0.62
0.63
0.64
0.65
0.66
0.67
0.68
0.69
0.7
0.71
0.72
0.73
Salix sp. Populus sp.
Co
sto
(U
F/G
J)Precio Base
El precio base de la bencina para automóviles de acuerdo con CNE 4 (2000). El costo de la materia prima excluye transporte y procesamiento previos.
4. CONCLUSIONES
73
a) La producción, comercialización y aprovechamiento de la dendroenergía puede
contribuir eficazmente a alcanzar los objetivos de la Política Energética Nacional.
b) La dendroenergía puede utilizarse efectivamente para disminuir el incremento del
Efecto Invernadero. Probablemente existirán incentivos económicos para su desarrollo
generados por el Mecanismo para un Desarrollo Limpio del Protocolo de Kyoto.
c) El reemplazo de combustibles fósiles por dendroenergéticos tiene efectos
significativos sobre las emisiones a la atmósfera. El aumento o disminución de
contaminantes depende del combustible reemplazado y del contaminante que se considere.
d) La valoración de la madera de Pinus radiata y Eucalyptus globulus al costo de la
energía contenida en los combustibles importados, alcanza un nivel similar al precio con
que la industria de la celulosa le compra madera a los silvicultores. Según esta valoración,
los silvicultores podrían producir biomasa indistintamente con fines energéticos o para
vendérselo a la industria de la celulosa.
e) El costo de producción de energía con los esquemas escogidos para Pinus radiata y
Eucalyptus globulus se aproxima a los costos de la energía proveniente del petróleo y el
gas natural.
f) La silvicultura dendroenergética extensiva (Eucalyptus y Pinus) está asociada a
menores costos por unidad de energía que la intensiva (Salix y Populus). Este hecho es
alentador si se considera que en Chile la disponibilidad de terrenos para silvicultura
extensiva es mucho mayor que para silvicultura intensiva.
g) El consumo de energía en forma de leña del sector Comercial, Público y Residencial
es importante (aproximadamente 53% del total de la energía consumida por el sector).
Para atender su crecimiento proyectado debiera incrementarse la cantidad de bosques
dedicados a la producción de energía.
74
h) El consumo de energía en Chile tiene una alta correlación con el Producto Interno
Bruto.
i) Dados los actuales rendimientos de aprovechamiento de biomasa, un aporte
significativo de la dendroenergía a los requerimientos de energía del país, necesitaría de
grandes superficies de bosques.
j) Como el aprovechamiento energético de la biomasa se realiza fundamentalmente por
combustión, las necesidades de calor (por ejemplo calefacción de edificios o calor para
procesos industriales) son las que pueden ser cubiertas por la dendroenergía con mayor
eficiencia. En general, la conversión de calor proveniente de la biomasa a otras formas de
energía, está asociada a pérdidas mayores que aquellas correspondientes a la conversión de
combustibles fósiles.
k) El análisis de los costos de combustible para la producción de energía eléctrica con
diferentes métodos indica que las especies Pinus radiata y Eucalyptus globulus serían en
principio posibles de utilizar. El reemplazo de carbón mineral por carbón vegetal a partir
de las especies estudiadas, no es posible dadas las actuales condiciones del mercado. La
factibilidad económica de producir etanol para el reemplazo de bencina para automóviles
debiera ser marginal.
