La energía fósil, un bien finito
La demanda creciente de energía por la sociedad actual ha permitido una serie de avances tecnológicos espectaculares, que sin duda ninguna han repercutido muy favorablemente en las condiciones de vida del ciudadano moderno en lo que a transporte, industria y confort se refiere. Sin embargo, estas ventajas materiales no siempre se pueden asociar a mejoras de la calidad de vida, al menos en lo que a medio o largo plazo se refiere, ya que el modelo de desarrollo actual, basado en el consumo masivo de combustibles fósiles, crea una dependencia total de los países consumidores respecto a los productores, además de producir una degradación paulatina del medio ambiente, cuyos efectos futuros son hoy en día impredecibles. En el caso de España el grado de dependencia de los combustibles de importación se cifra en un 79% del consumo, formado por la totalidad del petróleo y gas natural y una parte muy importante del carbón que se consume.
El modelo de desarrollo basado principalmente en el consumo de combustibles importados, hace totalmente vulnerables a las economías de los países que los adoptan y que fundan su esperanza de subsistencia en la estabilización de los preciso del petróleo. Por ello sus modelos económicos tienen validez solo a muy corto plazo, y tienen que ir siendo corregidos continuamente con la variación del precio del petróleo, que a su vez está condicionado por las reservas explotables y por la demanda existente en cada momento. La tendencia natural de las reservas es a disminuir y la demanda a aumentar, principalmente por el desarrollo de países emergentes, que tienen todo su derecho a hacerlo, lo que hace que necesariamente la tendencia de dicho precio sea al alza, "hasta el agotamiento total de las existencias".
La situación parece grave, tal vez alarmante, y sería necesario tomar medidas efectivas para prevenir el desastre que el sentido común nos hace intuir. Ya sea por falta de imaginación o por no querer preocupar a la ciudadanía ante la falta de recursos (no creemos que sea por inconsciencia), lo cierto es que en lugar de ir frenando el consumo energético éste va aumentando de año en año en una huída hacia adelante sin sentido. Es como si alguien que se deslizase en un vehículo sin frenos por una larga pendiente, en lugar de buscar algún recurso imaginable (tratar de meter una marcha más corta por ejemplo) acelerase a fondo para llegar cuanto antes al precipicio.
El consumo de energía por la actividad agrícola
Si bien la agricultura es una actividad vital para la Humanidad, ya que es la encargada de suministrar todos los alimentos que requiere, su consumo energético es relativamente modesto en comparación a otros sectores que demandan mucha más energía. Así, el total de la energía primaria consumida en el mundo se reparte en un 36,3% para usos industriales, 30,1% para transporte y servicios 27,1 para usos residenciales y 2,8% en la actividad agrícola directa según datos de la Agencia Internacional de la Energía. Según datos del IDAE (1), referidos al año 2000, el consumo de energía primaria por el sector agrario en España se estimó en un 3,3% sobre un total de 125,19 Mtep (Millones de toneladas equivalentes de petróleo), con un reparto para los distintos sectores parecido al de la media mundial. Por este motivo, y aunque el coste de los combustibles es uno de los que más incide en los costes de la producción agrícola, a nivel de la economía global podemos decir que la agricultura no tiene una incidencia significativa en la crisis energética y medioambiental que se deriva del empleo masivo de los combustibles fósiles por el modelo de sociedad actual.
El consumo energético de las operaciones agrícolas de los cultivos, incluyendo la parte de energía proporcional gastada en la fabricación de los productos y maquinarias que se emplean, es siempre inferior a la energía contenida en las cosechas que se obtienen, al menos en lo que a los grandes cultivos se refiere (Tabla 1), lo que hace que el balance global de la producción agrícola sea positivo. Dicho de otra forma, el contenido energético de los productos generados por la agricultura es superior a la energía convencional gastada en su producción, lo que viene a confirmar la escasa incidencia de la actividad agrícola en la crisis energética
La agricultura como productora potencial de energía
La agricultura es una forma racional de utilizar la energía solar ya que el agricultor, tal vez sin ser muy consciente de ello, utiliza los cultivos para captar y almacenar la energía de las radiaciones solares a través del proceso fotosintético de las plantas. Esta energía, que sirve al vegetal para fabricar su propia materia orgánica, queda acumulada en los enlaces de las moléculas orgánicas que forman su biomasa y puede ser liberada en los procesos de oxidación de dicha materia orgánica, bien sea en procesos metabólicos como los que ocurren en la asimilación de los alimentos o en procesos de combustión al combinar directamente la biomasa con oxígeno en condiciones adecuadas.
La evolución positiva de la agricultura en lo que se refiere al aumento de los rendimientos de las cosechas, ha supuesto necesariamente una disminución en las superficies agrícolas requeridas para la alimentación humana, lo cual ha venido favorecido por la Política Agrícola Común (PAC) que ha estado dirigida a evitar la producciones excedentarias de alimentos. En el caso de España en las dos últimas décadas, esto ha representado el abandono de más de 2 millones de hectáreas (Tabla 2) que han supuesto una disminución de un 10% de la superficie agrícola.
Para garantizar la continuidad de la actividad del sector agrícola es necesario pensar en cultivos alternativos a los alimentarios, que puedan dar rentabilidad a la totalidad de las tierras agrícolas retiradas de la producción de alimentos y cuyas producciones no tengan limitación de mercado. En este sentido, la producción rentable de biocombustibles mediante cultivos específicos (cultivos energéticos) podría ser una solución ya que en principio no existirían los riesgos de saturar el mercado. Esta nueva actividad de la agricultura, que en su día bautizamos con la denominación de "Agroenergética", toma en la actualidad un interés creciente ante dos circunstancias que han venido a converger y a poner en peligro el futuro de la Humanidad, como son el agotamiento de los recursos energéticos fósiles y el incremento de gases de efecto invernadero en la atmósfera. La disponibilidad de tierras abundantes para dedicarlas a cultivos distintos de los alimentarios debidos a la aplicación de la PAC es una circunstancia que posibilita la puesta en práctica de forma inmediata de la actividad agroenergética. La definición dada en su día para la agroenergética (hace de ello ya casi 30 años), como "el cultivo de vegetales destinados a producir energíay a la tecnología necesaria para transformar la materia orgánica en combustibleutilizable" sigue teniendo plena vigencia (3).
Los cultivos energéticos
En la actualidad, los cultivos destinados a la producción de biomasa con fines energéticos pueden agruparse en tres tipos fundamentales en función del biocombustible que se quiera obtener:
Cultivos oleaginosos para la producción de aceite transformable en biodiesel (conjunto de ésteres metílicos o etílicos de los ácidos grasos de los aceites vegetales) para substitución del gasóleo de automoción.
Cultivos alcoholígenos para la producción de etanol utilizable en sustitución total o parcial de las gasolinas de automoción o para la producción de aditivos antidetonantes exentos de plomo como el Etil-Terbutil-Eter (ETBE).
Cultivos lignocelulósicos para la producción de biocombustibles sólidos utilizables con fines térmicos, tanto para fines industriales o de confort como para la producción de electricidad (agroelectricidad).
La finalidad principal de la agricultura desde sus orígenes ha consistido en la producción de alimentos para satisfacer las necesidades de la Humanidad y sigue siendo su principal cometido. Las especies vegetales de interés agrícola han sido seleccionadas a lo largo de la historia, de acuerdo con sus posibilidades de producir alimentos de forma rentable. Esta condición ha impuesto tal cantidad de restricciones, que solamente unas pocas especies de plantas superiores, entre las más de 250.000 existentes, han podido ser objeto de la agricultura extensiva. Se calcula que el hombre a lo largo de la historia ha cultivado unas 3.000 especies para fines alimenticios de las que solamente unas 150 lo han sido a escala comercial. Hoy en día puede decirse que la alimentación de la Humanidad está basada en unos 20 cultivos diferentes (Tabla 3), de los que 3 de ellos solamente (trigo, arroz y maíz) ocupan la tercera parte de la superficie agrícola mundial.
Hasta ahora la falta de cultivos específicos seleccionados para fines energéticos ha hecho que se utilicen los cultivos tradicionales que conoce el agricultor para satisfacer la demanda creciente de biocombustibles producidos por el sector agrario. La rentabilidad que se consigue con los cultivos alimentarios destinados para fines energéticos está lejos de la viabilidad económica en muchas ocasiones, pero la razón hay que achacarla a la falta de elección del cultivo adecuado, más que a la falta de rentabilidad intrínseca del proceso. Es imprescindible realizar investigaciones de prospección de nuevos cultivos a partir de especies no cultivadas para poder desarrollar la actividad agroenergética de forma rentable, siendo necesaria su domesticación y el establecimiento de una fitotecnia adecuada, acorde con sus exigencias y el destino final de sus producciones.
- Como los objetivos perseguidos con los cultivos energéticos son diferentes de los relativos a los alimentarios, parece lógico esperar que las especies que se seleccionen para este tipo de aprovechamiento sean distintas de las tradicionalmente empleadas para la producción de alimentos.
Las especies dedicadas a producir biomasa con fines energéticos pueden ser de tipo herbáceo o leñoso y entre las características ideales que deben cumplir para esta finalidad cabe citar:
Tener altos niveles de productividad en biomasa con bajos costos de producción, de tal forma que hagan viable económicamente la producción de biocombustibles en relación a los combustibles de origen fósil.
- Posibilidad de desarrollarse en tierras no destinadas a la producción de alimentos.
- Requerimiento de maquinaria agrícola convencional, normalmente disponible por los agricultores, utilizable también para otros cultivos propios de la zona.
- No contribuir sensiblemente a la degradación del medio ambiente, de tal forma que el balance medioambiental producido por su cultivo sea mejor al que se produciría si la tierra no estuviese cultivada o fuera ocupada por un cultivo tradicional
- Tener un balance energético positivo, es decir, que la energía neta contenida en el biocombustible producido sea superior a la gastada en el cultivo y en la obtención de los biocombustibles.
- Posibilidad de recuperar fácilmente las tierras después de finalizado el cultivo energético para realizar otros cultivos si las condiciones socioeconómicas así lo aconsejaran.
- Adecuación de la naturaleza de la biomasa producida para su utilización como materia prima para fabricación de biocombustibles o biocarburantes.
Nuevas agroindustrias del sector agrario
La agroenergética se concibe como una actividad agroindustrial en la que las plantas de transformación en la que se van a producir los biocombustibles deben estar situadas en las proximidades de los campos productores de las materias primas. Algo parecido a lo que ocurre con las agroindustrias clásicas como por ejemplo la del azúcar de remolacha. La razón fundamenta de esta premisa está en la necesidad de que los gastos energéticos que se produzcan en el transporte de las materias primas para llevarlos a la planta de transformación, no deben superar a la energía que puedan contener los biocombustibles producidos, ya que en el caso contrario el balance energético sería negativo y el proceso no sería sostenible (necesitaría de subvenciones para garantizar su viabilidad económica). En la situación actual, las nuevas agroindustrias que se prevé que pueden surgir en un futuro inmediato para la transformación de la biomasa en productos energéticos son en:
Biocombustibles sólidos para usos térmicos a partir de biomasa lignocelulósica, producidos en instalaciones de astillado o densificación (pelets o briquetas) que posibilitan su uso en calderas especiales tanto para usos industriales como domésticos. El interés de este tipo de industria radica en que 2,5?3 kg de biomasa lignocelulósica seca (leña o paja respectivamente) contienen la misma cantidad de energía que 1 kg de gasóleo de calefacción.
Bioetanol carburante para su uso como aditivo de las gasolinas o como combustible directo. Las materias primas se obtienen a partir de cultivos alcoholígenos que pueden ser productores de azúcar, almidón o celulosa, según el proceso que se emplee para la obtención del mosto azucarado previo a la fermentación alcohólica.
Biodiesel o biogasóleo, obtenido como consecuencia de la transesterificación con alcoholes sencillos (metanol generalmente) de los ácidos grasos procedentes de la hidrólisis de los aceites vegetales. El conjunto de todos estos ésteres tiene propiedades similares a las del gasóleo de automoción y pueden utilizarse en motores diesel tanto solos como mezclados con gasóleo en cualquier proporción.
Agroelectricidad, una nueva actividad de sector agrario consistente en la generación de electricidad a partir de la combustión de la biomasa producida mediante cultivos específicos producidos en las inmediaciones de la planta de transformación. Esta actividad se puede desarrollar en plantas relativamente pequeñas, de unos 10 a 20 MW de potencia, alimentadas exclusivamente con biomasa, o en las grandes centrales de carbón en las que junto con el combustible tradicional (carbón) se introduce un cierto porcentaje de biomasa para su co-combustión y tratar así de reducir su nivel de emisiones de CO2 de origen fósil.
Biorrefinerías. En el concepto actual de biorrefinería, se trataría de producir biomasas a partir de cultivos específicos, separar del conjunto los diferentes componentes con utilidad industrial y emplearlos como materia prima para la producción de los compuestos deseados. La celulosa, el almidón, los compuestos terpénicos, los aceites o el látex podrían ser algunos ejemplos de estas aplicaciones. Una rama muy interesante de este tipo de aplicaciones es la Alcoholquímica, en la que a partir del etanol se pueden obtener toda una serie de compuestos muy apreciados en la industria, como es el etileno y los plásticos de él derivados (polietilenos entre otros).
Posibilidades de la agroenergética para satisfacer la demanda energética de la Humanidad
Una de las ventajas que posee la biomasa como alternativa energética a los combustibles tradicionales es la gran diversidad de productos que pueden obtenerse a partir de ella y el poderse adaptar perfectamente a todos los campos de utilización actual de los combustibles tradicionales. Partiendo de biomasas de naturaleza adecuada, y mediante procesos específicos, se puede obtener toda una serie de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que pueden ser aplicados para cubrir las necesidades energéticas de confort, transporte, cocinado, industria y electricidad o servir de materia prima para la industria (Tabla 4).
A continuación se resumen los principales campos de aplicación y los biocombustibles más adecuados:
Transporte y motores móviles
- Bioetanol sustitutivo de la gasolina, obtenido a partir de biomasa producida en cultivos específicos para este objetivo (alcoholígenos).
- Bioaceites y los correspondientes ésteres derivados, sustitutivos del gasoil de automoción, obtenidos a partir de semillas oleaginosas.
Gas de cocina
- Biogás obtenido por el proceso de digestión anaerobia de aguas residuales
- Gas de gasógeno obtenido a partir de biomasa lignocelulósica.
Calefacción y agua caliente sanitaria
- Biocombustibles sólidos (pelets y astillas principalmente) ya sea en viviendas unifamiliares, en bloques de viviendas o en distritos residenciales.
Actividades que utilicen motores estáticos no eléctricos
- Biocarburantes o biocombustibles gaseosos, para actividades que se desarrollen en pleno campo lejos de las líneas de corriente eléctrica, como por ejemplo el caso de serrerías en pleno monte o de bombas de sacar agua para el riego.
Electricidad
- Biocombustibles sólidos en calderas a presión con ciclo de vapor y turbinas que mueven un alternador (instalaciones del orden de los 10 MW).
- Biocombustibles líquidos para accionar motores de explosión o combustión interna que mueven un alternador (para potencias inferiores a 1 MW).
- Biocombustibles gaseosos para su utilización con motores para pequeñas instalaciones del orden de 100-1000 kW.
- Biocombustibles gaseosos para su utilización en turbinas de gas (todavía en vias de desarrollo).
Asumiendo unas necesidades calóricas medias de un individuo de un país desarrollado estimadas en 2500 kcal/dia en la dieta alimenticia (912,5 Mcal/año) y 100.000 kcal/día para los gastos de energía primaria correspondiente a transporte y servicios, industria y usos residenciales, repartidos a partes iguales para cada una de ellas (12.166 Mcal/año), en la Tabla 5 se puede apreciar que la necesidad teórica de superficie agrícola para lograr el total autoabastecimiento alimenticio y energético en base a unos supuestos de producción de biomasa mediante cultivos específicos, sería inferior a 1 ha por persona. En este supuesto, que representa una simplificación extrema, se supone que la base de la alimentación sería el cultivo de trigo, la base de la producción de bioetanol como biocarburante para transporte sería un cultivo de regadío, como la pataca y la base de producción de biocombustibles sólidos para producción de energía podría ser un cultivo lignocelulósico como el cardo.
Aunque no se puede entrar en consideraciones de detalle, dada la extensión de este artículo, la cantidad de energía "per cápita" considerada (100.000 kcal/dia) y la superficie obtenida dan suficiente margen para poder enjuiciar el potencial energético que podría tener la biomasa para resolver de forma efectiva una parte considerable de los problemas energéticos de la Humanidad, pero para ello sería preciso trabajar para favorecer el ahorro y la eficiencia energética y potenciar los estudios e investigaciones sobre agroenergética, así como la difusión de esta posibilidad de la agricultura a todos los niveles.
Por otro lado, y teniendo en cuenta que la agroenergética no tiene por que ser la única fuente de aprovisionamiento energético de la Humanidad, ya que existen otras fuentes también de tipo renovable, las perspectivas ante la crisis energética no tienen por qué ser tan sombrías como las hemos dibujado el la introducción.
Para que el desarrollo de la agroenergética sea una realidad es preciso que el sector agrario, empezando por sus máximos responsables, tome conciencia del protagonismo que le corresponde en la producción de energía a partir de biomasa generada por el propio sector agrario y que las autoridades responsables pongan los medios necesarios para trabajar en el campo de la agroenergética, aunque para ello haya que reducir una parte de los medios y efectivos que hoy se están empleando en la consecución y distribución de ayudas y subvenciones para conseguir la reducción de la actividad agrícola.
Interés en el uso de la biomasa para la reducción del incremento de CO2 en la atmósfera
Hoy en día está generalmente admitido por la comunidad científica que el incremento de la concentración de CO2 que se ha producido en la atmósfera como consecuencia de la utilización masiva de los combustibles fósiles en las últimas décadas, puede incidir directamente sobre el clima, siendo mas patentes sus efectos en determinadas regiones de la biosfera. En este sentido, la CMCC (Convención Marco sobre el Cambio Climático) ha definido el "cambio climático", como "el cambio del clima que se produce directa o indirectamente porlas actividades humanas que alteran la composición de la atmósfera mundial yque viene a añadirse a la variabilidad natural del clima observada durante períodosde tiempo comprobables".
Además del suministro de energía renovable, el empleo de biocombustibles puede también paliar el incremento de gases de efecto invernadero (CO2 principalmente) que se está produciendo por la quema masiva de combustibles fósiles.
Es indudable que la utilización de combustibles de origen biológico, producen CO2 al igual que los combustibles de origen fósil, pero la principal diferencia estriba en que el carbono presente en la biomasa y que se convierte en CO2 en el proceso de combustión, forma parte del ciclo natural del carbono en la Naturaleza, siendo reciclado a través del proceso fotosintético de los vegetales, por lo que no se produce un incremento neto de CO2 en la atmósfera. El carbono de los combustibles fósiles, que en su día también tuvo un origen fotosintético, está normalmente inmovilizado en los yacimientos, pero al quemarlo de forma masiva produce un desequilibrio en ciclo del carbono en la naturaleza aumentando considerablemente el contenido de CO2 en la atmósfera, por incapacidad de los vegetales de fijarlo totalmente.
En el caso de la producción de biocombustibles mediante cultivos energéticos, producidos específicamente para esta finalidad, hay que tener en cuenta que las plantas fijan bastante más carbono del que luego queda acumulado en su biomasa y puede ser liberado en los procesos de combustión, ya que siempre queda una parte del carbono fijado inmovilizada en el suelo (biomasa, necromasa o carbono mineralizado). Por este motivo la utilización para fines energéticos de biomasa procedente de cultivos dedicados específicamente a esta finalidad no solamente produce un balance beneficioso en cuanto al incremento global de CO2 en la atmósfera, por sustituir a los combustibles fósiles, sino que además origina una reducción paulatina del mismo ya que en su ciclo de vida fijan bastante más CO2 del que luego liberan los biocombustibles procedentes de su biomasa al ser quemados.
Conclusión
La agroenergética representa una nueva actividad agraria que puede favorecer el desarrollo rural, utilizando las tierras abandonadas para la producción de alimentos, creando nuevas agroindustrias para la producción de biocombustibles y favoreciendo la continuidad de la actividad de las industrias de medios de producción y de servicios del sector agrario. A parte de la creación de empleo y evitar la importación de combustibles fósiles, la agroenergética es una forma eficaz de protección del medio ambiente mediante la reducción del aumento de gases de efecto invernadero que se emiten a la atmósfera por la quema de los combustibles fósiles. Es una nueva filosofía de producción energética basada en el desarrollo sostenible.
La escasez previsible de combustibles fósiles para un futuro inmediato, el aumento progresivo de los precios de éstos y la necesidad de proteger el medio ambiente, deberían ser razones suficientes para potenciar la agroenergética y prestarle la atención que merece por parte de las autoridades y actores del sector agrario.
El desarrollo de la agroenergética supone un nuevo campo de actividad para los técnicos del sector agrario, por lo que sería de desear que los centros universitarios donde se forman dichos técnicos, establecieran en los futuros planes de estudio materias que proporcionasen una formación integral y reglada en esta especialidad. En dichas materias se deberían abordar temas de producción vegetal, relativos a la selección mejora, domesticación, fitotecnia y mecanización de los nuevos cultivos energéticos, industrias de producción de los diferentes tipos de biocombustibles (sólidos, líquidos y gaseosos) y de los bioderivados de la biomasa para usos industriales.
BIBLIOGRAFÍA
1. IDAE..- Eficiencia energética y energías renovables. Boletín nº 6. Marzo de 2004
2. FERNÁNDEZ J.- Balance energético de las explotaciones agrarias. Ponencia presentada a la 13 Conferencia Internacional de Mecanización Agraria de la FIMA de Zaragoza (1981).
3. FERNÁNDEZ J.- Obtención de energía a partir de los vegetales. Diario Ya de Madrid (dominical) del 11-VII-76. pp 11- 15
