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ANáLISIS DE LA PRODUCTIVIDAD Y SUSTENTABILIDAD DE CAÑA DE AZÚCAR COMO CULTIVO ENERGÉTICO EN TUCUMAN Y EL NOA
Caro, Roque Fernando; Scandaliaris, Jorge; Romero, Eduardo Raúl; Casem Sergio; De Boeck, Guillermo y Giardina, Juan Antonio.Cátedra de Cultivos Industriales, Facultad de Agronomía y Zootecnia,
Universidad Nacional de Tucumán y Estación Experimental Agroindustrial Obispo [email protected]
Proyecto financiado por el Consejo de Investigaciones de la Universidad Nacional de Tucumán.
RESUMENEl presente trabajo presenta resultados preliminares del Proyecto “Desarrollo Sustentable de Cultivos
Bioenergéticos Tradicionales y No Tradicionales en Tucumán y el NOA” (Proyecto CIUNT 26/A 428 aprobado mediante Resolución HCS Nº 1859/08) cuyo objetivo es promover en Tucumán y el NOA la producción susten-table de cultivos energéticos tradicionales y no tradicionales para la obtención de biocombustibles (bioetanol y biodiesel).
Los biocombustibles son sustitutos renovables para los combustibles fósiles, siendo los cultivos energéticos una fuente importante para su obtención.
Entre las alternativas sugeridas para el desarrollo de los cultivos energéticos figura el uso de cultivos que no comprometan la seguridad alimentaria en zonas marginales y el desarrollo de sistemas productivos susten-tables de bajos insumos y emisiones.
En el presente proyecto participan investigadores de la Facultad de Agronomía y Zootecnia de la UNT conjuntamente con investigadores de las áreas de Agronomía y Agroindustrias de la EEAOC.
En el mismo se analizan las cadenas productivas de Bioetanol de Caña de Azúcar y Biodiesel de Soja en el NOA, utilizando criterios energéticos y de sustentabilidad para definir sistemas productivos agroindustriales alternativos y evaluarlos a campo. Para ello se aplican metodología y herramientas de sustentabilidad (Análisis de Ciclo de Vida, Emergy Analysis y Huella Ecológica).
Para reconocer las cadenas productivas más sustentables, se han definido sistemas de producción alternativos: convencional, de caña verde y energético en el caso de caña de azúcar. Utilizando la metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV), se han identificado las etapas en la producción de Caña de Azúcar.
En este informe preliminar se detallan las actividades correspondientes a cada etapa y los insumos que se utilizan, las transformaciones energéticas y balances preliminares. Con posterioridad se calcularán los índices correspondientes mediante la utilización de las metodologías de Análisis Emergético y de Huella Ecológica.
Palabras Clave: Biocombustibles, Ciclo de Vida, Análisis Emergético, Huella Ecológica.
SUMMARYThis report presents preliminary results of the Project “Sustainable Development of Traditional and Non
Traditional Energy Crops in Tucumán and NW Argentina” (Project CIUNT 26/A 428 approved by Resolution HCS 1859/08) whose aim is to promote in Tucuman and North western Argentina the sustainable production of traditional and non-traditional energy crops to obtain biofuels (bio ethanol and biodiesel).
Biofuels are renewable substitutes for fossil fuels, with energy crops being a major source.
Among biofuels main advantages we have: reduction of dependence on non-renewable fossil fuels, reduced emissions, and benefits to local economies.
For the development of energy crops, some alternatives have been suggested, such as the use in marginal areas of new crops not affecting food security, or the development of sustainable production systems with reduced inputs and emissions.
Researchers from both, the School of Agronomy of the National University of Tucuman and the Obispo Colombres Agro Industrial Experiment Station participate in the project.
Sugarcane Ethanol and Soybean Biodiesel productive chains in North western Argentina are being analyzed by using energy efficiency and sustainability criteria to define alternative production systems. For that purpose, sustainability methodology and tools (Life Cycle Analysis, Emergy Analysis and Ecological Footprint) will be applied.
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To recognize most sustainable production chains, sugarcane alternative production systems have been defined: conventional, green-cane and energy efficient.
By using Life Cycle Analysis (LCA) methodology, main stages for the production of Sugarcane have been identified.
In this preliminary report, activities and inputs corresponding to each stage are detailed, and energy trans-formations and preliminary balances are presented. Later on, sustainability indicators will be estimated by using Emergy Analysis and Ecological Footprint methodologies.
Key words: Biofuels, Life Cycle, Emergy Analysis, Ecological Footprint.
INTRODUCCIÓNLos biocombustibles son sustitutos renovables para los combustibles fósiles. Una fuente importante para
su obtención son los cultivos energéticos: caña de azúcar o cereales para bioetanol, y oleaginosas como soja o colza para biodiesel.
La producción de biocombustibles ha cobrado nuevo impulso, principalmente en EEUU (etanol de maíz y biodiesel de soja), Brasil (etanol de Caña de Azúcar), y la Unión Europea (biodiesel de colza y mezclas de aceites vegetales). En Argentina, se está desarrollando la producción de biodiesel de soja para exportación en la Pampa Húmeda.
La Ley Nacional 26.093 de biocombustibles establece una meta de utilización para el año 2010 de un 5 % de etanol en mezclas con naftas y de un 5 % de biodiesel en mezclas con gasoil.
El Noroeste Argentino presenta un gran potencial para el desarrollo de biocombustibles: existen unas 290.000 Has implantadas con Caña de Azúcar en Tucumán, Salta y Jujuy.
Una gran preocupación con el desarrollo de cultivos energéticos lo constituye la amenaza sobre la seguridad alimentaria, ya sea por desplazamiento de cultivos alimenticios o forrajeros, o por incremento en los precios de alimentos y forrajes. Otro aspecto preocupante es el impacto sobre la biodiversidad por el avance con estos cultivos sobre áreas marginales para cultivo o por deforestación.
Para determinar sustentabilidad se hacen evaluaciones energética, ambiental, social y económica mediante indicadores cuantitativos.
Una técnica es el Análisis de Ciclo de Vida (serie de Normas ISO 14040-14049) para realizar balances energéticos y de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).
El Análisis Energético realiza una evaluación ambiental y económica de sistemas agrícolas calculando su sustentabilidad por el uso de recursos renovables/no renovables.
La Huella Ecológica mide la superficie de terreno biológicamente productivo necesaria para suministrar los recursos utilizados y asimilar los residuos generados en una cadena productiva.
Las autoridades nacionales y provinciales de ciencia y tecnología han propuesto priorizar estudios e inves-tigaciones que promuevan el desarrollo económico, productivo y social sustentable (Declaración del Consejo Federal de Ciencia y Tecnología - COFECYT).
El Programa de Federalización de la Ciencia y la Tecnología –PROFECYT- y la UIA han diagnosticado “el limitado desarrollo de cultivos energéticos que no compitan con alimentos y presenten alto rendimiento en zonas marginales” como una de las debilidades y desafíos tecnológicos para el Sector Biocombustibles en las provincias de Jujuy, Salta, Santiago del Estero y Tucumán.
En Tucumán existe vasta experiencia en el manejo y producción comercial de los dos principales cultivos energéticos: El cultivo de la caña de azúcar se inició en el país en esta Provincia, y la EEAOC fue creada en 1909 con la finalidad de realizar investigaciones sobre la agroindustria azucarera. En la década de 1970 diseñó e implementó el primer plan nacional de utilización de etanol de caña de azúcar en mezclas con nafta y reali-zó estudios de balances energéticos y de optimización energética de la producción de caña de azúcar y sorgo azucarado para combustible.
(1, 2, 3, 4, 5, 6). Propuso usar los biocombustibles como base de un Programa de Desarrollo Regional para el NOA y NEA transformando estas regiones en productoras de bioenergía (7).
Se ha utilizado el Análisis de Ciclo de Vida ó ACV (8, 9) para medir la eficiencia energética y emisión de efluentes en la producción de biocombustibles a través de todas las etapas, desde la extracción de materias pri-mas hasta el uso final. Se compararon etanol versus gasolina determinándose balances energéticos, ahorros y/o
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aumentos de emisiones y estableciéndose áreas de mejora en fase agrícola e industrial. Los cultivos energéticos analizados incluyeron cereales (trigo, cebada) y caña de azúcar
La principal ventaja del ACV es que va más allá del sistema productivo. La mayor limitación es que se centra en productos y usa sólo dos categorías de impacto: uso de energías fósiles y emisión de gases de efecto invernadero.
El Emergy Analysis ó EA (10, 11) valora la contribución de la naturaleza a la producción de bienes y servicios.
Se realizó el EA para varios sistemas agrícolas (12, 13, 14, 15) determinándose índices como renovabilidad, sustentabilidad y carga ambiental según la utilización de recursos renovables y no renovables tanto de la natu-raleza como de la economía. El EA es un sistema de valuación biocéntrico que incorpora valores ambientales y económicos. No considera los impactos de emisiones y efluentes.
La Huella Ecológica ó HE (16, 17, 18) mide el impacto económico, ambiental y de seguridad del uso de recursos naturales. Transforma todos los consumos de materiales y energía y los deshechos producidos, a hec-táreas de terreno productivo. En una cadena productiva sostenible, se busca no producir o producir poca HE en cada etapa del Ciclo de Vida.
Se ha utilizado la HE (19) para comparar los impactos ambientales del etanol combustible en Brasil y EEUU, concluyendo que la utilización de mezclas de 85 % etanol de maíz y 15 % gasolina en EEUU no es sustentable. Para reducir la HE se sugirió reemplazar combustibles fósiles por bioenergía en la producción de etanol y usar residuos de biomasa, y mejorar rendimientos y prácticas agrícolas e industriales (20, 21).
No existen otros antecedentes locales sobre balances energéticos y de impacto ambiental a lo largo del ciclo de vida de los biocombustibles, ni evaluaciones de sustentabilidad de las cadenas productivas.
Los biocombustibles deben producirse con prácticas agrícolas y tecnologías de proceso que minimicen el impacto ambiental y garanticen la sustentabilidad integral. Se debe medir el desempeño ambiental de cada biocombustible mediante ACV y HE.
Tratar de alcanzar la sustentabilidad integral de los biocombustibles brinda una excelente oportunidad para modernizar los sistemas de producción. La explotación sustentable de recursos permitiría el desarrollo ambiental (absorción de CO2, conservación de biodiversidad, protección ante deforestación), el desarrollo social (creación de empleo local) y obtención de beneficios económicos (actividades derivadas, nuevos mercados y oportunidades de negocios, mayor competitividad).
MATERIALES Y MÉTODOSEn la ejecución del proyecto participan docentes investigadores de las Cátedras de Cultivos Industriales y
Fisiología Vegetal de la Facultad de Agronomía y Zootecnia de la UNT, conjuntamente con investigadores de las áreas de Agronomía y Agroindustrias de la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres.
Las cadenas productivas de biocombustibles a partir de cultivos tradicionales que están siendo analizadas son las de Bioetanol de Caña de Azúcar en el Noroeste Argentino, con énfasis en la Provincia de Tucumán.
Utilizando las metodologías de Análisis de Ciclo de Vida (Life Cycle Analysis – Serie de Normas ISO 14040-14049), Análisis Emergético (Emergy Analysis) y Huella Ecológica (Ecological Footprint), se diseñaron planillas de cálculo y bases de datos con la finalidad de sistematizar la información de cada sistema productivo y generar los respectivos indicadores.
Se recopiló información agronómica y tecnológica de las cadenas productivas de Caña de Azúcar. Se de-finieron sistemas productivos alternativos utilizando criterios energéticos y de sustentabilidad.
Se están generando inventarios de energía, masa, rentabilidad, etc. y se realizan los balances energéticos para obtener los indicadores de sustentabilidad (renovabilidad, carga ambiental, huella ecológica, etc.) para las distintas opciones de manejo.
El proyecto se ejecuta en cuatro años.
Los sistemas productivos alternativos de manejo del cultivo de Caña de Azúcar definidos son:
1) Sistema Tradicional, con plantación manual, uso de agroquímicos convencionales y cosecha integral con quema
2) Sistema Caña Verde, con plantación manual, uso de cobertura, inclusión de biofertilizante y cosecha integral sin quema y
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3) Sistema Energético, con plantación mecánica, uso de cachaza y biofertilizante y cosecha integral sin quema.
Utilizando la metodología de Ciclo de Vida se definieron diferentes etapas de manejo:
En caña planta: plantación, cultivo, cosecha y transporte.
En caña soca: cultivo, cosecha y transporte.
Empleando los criterios del Emergy Analysis, se clasificaron los recursos en Naturales (Renovables y No renovables) y Económicos (Materiales y Servicios).
Para cada sistema productivo, y para cada etapa dentro del mismo, se hizo un inventario de los recursos utilizados, los que fueron convertidos a su equivalente en energía, utilizando la metodología detallada por Scandaliaris y Alonso (1983).
Se calculó la productividad energética total por Ha, partiendo del rendimiento de Caña y el alcohol y ba-gazo obtenibles.
Finalmente se hicieron los balances energéticos para cada sistema como el cociente entre la energía pro-ducida y la energía utilizada.
RESULTADOSLa Tabla 1 muestra los diferentes tipos de insumos utilizados en cada etapa del Ciclo de Vida de Caña
Planta y Caña Soca, bajo los tres sistemas de manejo definidos.
Tabla 1. Etapas del Ciclo de Vida de Producción de Caña de Azúcar e inventario de Recursos Utili-zados bajo tres Sistemas de Manejo.
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La Tabla 2 presenta los equivalentes energéticos de los los diferentes tipos de insumos utilizados en cada etapa del Ciclo de Vida de Caña Planta y Caña Soca, bajo los tres sistemas de manejo.
Tabla 2. Etapas del Ciclo de Vida de Producción de Caña de Azúcar y transformación energética de Recursos Utilizados bajo tres Sistemas de Manejo.
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La Tabla 3 da un resumen de los insumos energéticos utilizados a lo largo de todo el Ciclo de Vida (Caña Planta, Caña Soca y Total) para los tres sistemas de manejo estudiados.
Tabla 3. Resumen de los Insumos Energéticos Utilizados bajo tres Sistemas de Manejo en Caña de Azúcar (Mcal/Ha)
Se considera como insumos renovables la caña semilla, la cachaza usada como fertilizante y el biofertili-zante.
La productividad energética por hectárea (basada en un rendimiento cultural de 75 toneladas de Caña por hectárea y la obtención de 93 litros de alcohol y 300 toneladas de bagazo), da un valor de 75.723,8 Mcal/Ha. (Los valores energéticos usados fueron 5050 Kcal/litro de alcohol y 1800 Kcal/Kg de bagazo)
Los valores de Balances Energéticos (o Eficiencia Energética) obtenidos fueron:
Considerando solamente los insumos no renovables:
Sistema Tradicional: 16,36Sistema Caña Verde: 20,94Sistema Energético: 22,48
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Si consideramos además los insumos renovables (Caña semilla, Biofertilizante y Cachaza):
Sistema Tradicional: 11,39Sistema Caña Verde: 13,40Sistema Energético: 13,36
DISCUSIÓNSe observa en los resultados presentados que el sistema tradicional es el de mayor utilización de insumos
no renovables, y por lo tanto es el menos eficiente desde el punto de vista energético.
El sistema energético realiza la menor utilización de energía y produce los mayores balances. Es particu-larmente notable la reducción en el uso de agroquímicos.
El sistema de caña verde, es intermedio, pero con valores próximos al sistema energético en términos de uso de energía y balances.
Comparando los resultados acá presentados con los obtenidos por Scandaliaris y Alonso (1983), vemos valores casi idénticos de balance energético en el sistema tradicional (16,36 en este trabajo versus 16,01 en 1983).
Sin embargo, hay dos diferencias importantes: la productividad energética pasó de 53.549,8 Mcal/Ha en 1983 a 73.723,8 Mcal/Ha en el presente, mientras el uso de insumos energéticos no renovables pasó de 3.344 Mcal/Ha en 1983 a 4.627,2 Mcal/Ha en la actualidad. Esto estaría indicando que el salto de productividad ob-tenido en los 25 años transcurridos se habría basado en un uso más intenso de energía, sin mejorar la eficiencia del sistema.
Por otra parte debe destacarse que el sistema energético propuesto por la EEAOC haría un uso casi idéntico de energía (3.368,7 Mcal/Ha) que en 1983 produciendo un salto en la eficiencia energética (Balance energético = 22,48).
CONCLUSIONESLas metodologías de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) y Emergy Analysis (EA) son herramientas muy útiles
para definir etapas dentro de los sistemas productivos y clasificar los recursos utilizados.
El estudio preliminar de insumos energéticos acá presentado permite discriminar en términos de uso y eficiencia de energía entre sistemas productivos alternativos, además de identificar etapas de mayor impacto y diagnosticar oportunidades de mejora.
La inclusión del uso de recursos renovables (caña semilla, cachaza y biofertilizante) con sus valores ener-géticos correspondientes, si bien reduce los valores de balance energético, aportaría a la sustentabilidad de los sistemas productivos. Sin embargo, este es un tema que debe ser analizado en mayor profundidad
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