Biomasa
cañera,
energía y medio ambiente
Los
estudios elaborados por el equipo de mitigación de las emisiones
de gases
de efecto invernadero en Cuba,
durante el bienio 2001-2002, demuestran
la posibilidad y conveniencia de utilizar
la biomasa cañera como una alternativa viable
para la generación de energía eléctrica.
Por
Julio Torres-Martínez
y Juan Llanes-Regueiro
e-mail: julio.torres@occyt.cu
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Se conoce que el contenido
energético de la caña de azúcar es notablemente alto
y ha sido calculado por varios autores desde hace muchos años.
El valor calorífico superior (VCS) del bagazo es de 18,8 GJ/t y
para la paja es de 17,0 GJ/t. Si ambas materias primas se analizan a partir
de las condiciones existentes normalmente en la industria azucarera (50
% de humedad), el contenido energético total del bagazo y la paja
sería de 17,9 GJ/t, lo que representa alrededor de 1 tep (tonelada
equivalente a petróleo) por cada tonelada de azúcar fabricada,
sin incluir la propia azúcar, las mieles y otros derivados.
Todo el bagazo se produce en el ingenio como resultado del proceso industrial
azucarero, y se quema en las calderas de la fábrica en un ambiente
de muy baja eficiencia diseñado para su incineración total,
mientras la paja queda mayoritariamente en el campo o es separada de la
caña en estaciones de limpieza en Cuba, y también se incinera
por razones de seguridad, pero sin aprovechar su contenido de energía
en forma alguna.
Elevar la eficiencia en el empleo de la biomasa cañera constituye
por lo tanto un imperativo económico, porque se trata de una dirección
estratégica del desarrollo. Aprovechar esa potencialidad pudiera
ser, además, una de las mejores políticas de mitigación
a largo plazo; aquí de nuevo se da la posibilidad de combinar las
medidas de mitigación con otras decisiones importantes para el
desarrollo industrial y socioeconómico, con lo que el costo de
tales medidas pudiera hacerse negativo, es decir, producirían ingresos
financieros netos en lugar de constituir gastos o egresos.
Si bien la tecnología actual enfatiza la separación del
tallo de las hojas, asumimos que importantes beneficios, aunque no todavía
completamente cuantificados, pudieran obtenerse mediante el cambio tecnológico
referido a la cosecha y la molida integrales, teniendo en cuenta también
la posible propagación de variedades cañeras para producir
más biomasa que azúcar.
Ese cambio tecnológico sería muy importante en el contexto
caribeño, porque en la región existen considerables experiencias
y tradición en la producción de la caña de azúcar;
por otra parte, la dependencia del petróleo importado es alta.
Así, la introducción del cambio contribuye favorablemente
a la sustentabilidad de las islas pequeñas.
El presente estudio se basa en varios trabajos de autores cubanos, como
Edgardo González (1981), Wilhelm Gómez y Julio Torres, (1992),
Julio Torres (desde 1992 a 2001), Alfredo Menéndez (1999), y algunos
extranjeros, como Eric Larson (2001).
Este estudio se concentra en la introducción de la tecnología
de turbinas de vapor de extracción-condensación (TVEC),
para aumentar la eficiencia de la generación de electricidad en
los ingenios cubanos, al emplear el análisis costo-beneficio para
compararla con la termoeléctrica convencional y una primera aproximación
a su análisis financiero.
La introducción de la tecnología biomasa gasificada integrada
con turbinas de gas en ciclo combinado (BGI/TGCC) sólo es considerada
muy preliminarmente sin una discusión a fondo.
El análisis costo-beneficio emplea cinco alternativas para su comparación:
1. Termoeléctrica
convencional basada en petróleo crudo nacional, 800 $/kWe en costos
de inversión, y gastos de O&M para producir sólo electricidad
(escenario base).
2. Tecnología TVEC (instalada en ingenios capaces de moler 7 000
toneladas de caña diariamente con consumo de vapor reducido), basada
en biomasa cañera (la paja recogida mediante la cosecha integral),
2 197 $/kWe en costos de inversión y gastos en O&M para producir
electricidad y azúcar, con 0,00 $ como costo de oportunidad del
bagazo.
3. Tecnología TVEC, otros parámetros como en la alternativa
2, pero con 5 $ la tonelada
de bagazo como costo de oportunidad.
4. Tecnología TVEC (ahora instalada en ingenios modernizados capaces
de moler 15 000 toneladas de caña diariamente, más una destilería
de etanol, ambos con consumo de vapor reducido y otros parámetros
como en la alternativa 3), 1 500 $/kWe en costos de inversión y
gastos en O&M para producir electricidad, azúcar y alcohol.
5. Parámetros iguales a los de la alternativa 4, pero con ingenios
nuevos modernizados
e incluyendo como beneficio adicional la comercialización de los
certificados por las emisiones evitadas de CO2
a partir de la electricidad y el etanol, usando el precio de oferta de
los Países Bajos (que consideramos muy reducido, aunque ilustrativo
de la importancia de esa fuente de financiamiento).
La capacidad generadora
de electricidad instalada en las cinco alternativas es 270 MWe
y trabaja con un factor de carga de 85 % para compararlas con las
mismas posibilidades para producir esa energía; la tecnología
de TVEC trabaja durante 300 días anuales, la zafra dura 180 días,
el rendimiento de azúcar es de 13 %, la destilería de etanol
es capaz de producir anualmente alrededor de un millón de hectolitros
(porque se anexa a un ingenio capaz de moler 15 000 toneladas diariamente).
Los resultados en términos del valor actual neto (VAN), en millones
de USD, y del costo promedio del kWh, el azúcar y el alcohol producidos
durante toda la vida útil de las instalaciones, se exponen en la
tabla 1.
Tabla
1. Resultados de las cinco alternativas comparadas
Debe
destacarse que aunque la alternativa 2 se distingue por el menor
costo del kWh producido, la alternativa 4 es la preferida por el
mayor monto del VAN, unido a los menores costos de producción del
azúcar y el alcohol.
Para nuestro escenario de mitigación usamos una tasa de progreso
de 10 % para la tecnología TVEC y empezamos con 1 500 $/kWe para
la primera unidad, que comienza a funcionar en 2007. Esta hipótesis
da una tecnología madura comercialmente al instalar la decimoquinta
unidad alrededor de 2017, con un costo incremental total del orden de
945 millones de USD (a 1 500 $/kWe, cada unidad de 90 MWe cuesta 135·106
USD, pero cuando se alcance la madurez comercial el costo disminuye hasta
67,5·106 USD, o sea, 50 %); por lo que
las primeras catorce unidades costarían aproximadamente el doble
y
14 x 67,5 = 945·106 USD, que es el costo
incremental máximo calculado; por tanto, el costo unitario de inversión
a partir del decimoquinto bloque sería de 750 $/kWe instalado,
inferior al costo supuesto para las centrales termoeléctricas (CTE)
petroleras en el escenario base. Una reducción del costo en 50
% para las unidades a partir de la decimoquinta en adelante es posible,
debido a los siguientes elementos:
* Eliminación
de la ingeniería especial.
* Mejoras tecnológicas incrementales.
* Eliminación de contingencias no programadas.
* Aumento del tamaño del módulo hasta 90 MWe (Larson usó
módulos de 60 MWe).
* Fabricación de los equipos fundamentales con recursos nacionales,
así como también la gerencia de los proyectos.
Nuestro estudio está
basado en un escenario intensivo para el empleo eficiente de la biomasa
cañera en Cuba a fin de sustituir petróleo masivamente,
tanto mediante la electricidad como con el alcohol producido para mezclar
con gasolina y diesel; se concluye que si la entrada en servicio de las
nuevas unidades comienza en 2007, es factible instalar una importante
cantidad de máquinas hasta 2030, basado en los supuestos anteriores
(Tabla 2).
Tabla
2. Resultados quinquenales del escenario intensivo hasta 2050

Después
del año 2030 será necesario asimilar la tecnología
BIG/TGCC, aunque sería conveniente hacerlo antes, porque el costo
de inversión de sus unidades maduras comercialmente debe resultar
inferior al de la variante TVEC, si aquella tecnología más
avanzada estuviera disponible en ese momento.
La capacidad potencial
de mitigación en ese escenario intensivo puede ilustrarse por medio
de estas cifras:
* En 2030 la biomasa cañera podría evitar la emisión
de más de 32 millones de toneladas de CO2
(Fig. 1) sólo en la generación de electricidad, lo que sustituiría
todo el petróleo quemado ahora en esa actividad y se obtendría,
además, 1,5 % más de energía eléctrica que
la prevista con dicho portador fósil ese mismo año, suponiendo
que en ese momento se cosecharan 110 millones de toneladas de caña
limpia y se produjeran 300 kWh por tonelada de caña molida.

Fig. 1. Emisiones de CO2 debidas a la generación
de electricidad en Cuba.
* Adicionalmente,
en 2030 podrían fabricarse también 4 millones de toneladas
de azúcar
y más de sesenta millones de hectolitros de alcohol para sustituir
diesel, que a su vez evitarían también emisiones de CO2
(según el poder calórico del alcohol; tal cantidad sería
suficiente para evitar una emisión superior a los 200 millones
de toneladas de CO2 en ese año, sólo
por este concepto).
Para la consecución
de este proyecto se deberían realizar las siguientes acciones:
* La construcción
de una unidad demostrativa de TVEC con 90 MWe, anexa a un ingenio con
capacidad para moler 15 000 toneladas diarias de caña, operando
con la cosecha
y la molida integral, a partir del 2007.
* Profundizar en la organización del proceso necesario para fabricar
nacionalmente los equipos fundamentales y dirigir los proyectos, a fin
de reducir los costos de importación
y la dependencia externa de la tecnología TVEC.
* Estudiar mejor los pasos siguientes y las características técnico-económicas
de la transición hacia una energética sustentable.
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