Ingeniería en Energía 5.1
Ingeniería en Energía de la Biomasa
Los potenciales
de bioenergía de la tierra agrícola en el año 2050:
Sensibilidad al cambio climático,
las dietas y los rendimientos.
Martínez Rincón, Gerardo
Fecha: 23-Enero-13
Fecha de publicación del articulo:
28-Mayo-11
"El presente escrito es una traducción y/o
interpretación del artículo cuya referencia se muestra al final del
documento, se realizó el blog con fines de divulgación"
Resumen
Este artículo estima los potenciales de
la bioenergía en el año 2050, después de un "primer
alimento". Presenta los alimentos integrados, la ganadería, la
agricultura, y los escenarios de la bioenergía para el año 2050
basado en una representación coherente de
la FAO proyecciones de futuro desarrollo agrícola en un modelo de
equilibrio de biomasa global. El modelo discierne 11 regiones, 10
agregados de los cultivos, 2 agregados de ganado y 10 agregados de
alimentos.
Incorpora las cuentas detalladas de uso
de la tierra, la producción mundial primaria neta (NPP) y su apropiación
humana, así como el flujo de biomasa socio económico saldos para el
año 2000 que se modifican de acuerdo a un conjunto de supuestos del escenario
para derivar la biomasa potencial para el año 2050.
Se calcula la cantidad
de biomasa necesaria para alimentar a los seres humanos y ganado,
teniendo en cuenta las pérdidas de biomasa entre la oferta y la
provisión de productos finales, así como en el uso de los suelos globales de
datos, se evalúa el potencial para cultivos bioenergéticas y
estimaciones de los potenciales de residuos obtenidos en las tierras de cultivo
(silvicultura es fuera del ámbito de este estudio).
Introducción
La creciente demanda de una creciente
de población y cada vez más ricos en población mundial de alimentos, fibra y
energía se enfrenta a la los ecosistemas terrestres con las crecientes
presiones en la actualidad, el uso del suelo está degradando la capacidad de
los ecosistemas para prestar servicios vitales para la humanidad. El uso de la
tierra a menudo conduce a la pérdida de la biodiversidad, cambios en
la escorrentía, la capacidad tampón de los ecosistemas, de efecto
invernadero (GEI), el suelo y la degradación de los ecosistemas, y otros
efectos adversos.
El uso de la Biomasa para la
producción de energía como sustituto para la energía fósil es a menudo visto
como una opción atractiva para reducir dependencia de los combustibles fósiles
y ayudar a reducir los gases de efecto invernadero (GEI) emisiones. Se ha argumentado que la
combustión de Biomasa con la captura de carbono y el consecuente
almacenamiento (CCS) en una gran escala
podría ser una opción importante para lograr la disminución de gases de efecto
invernadero necesarios para limitar el calentamiento global a 2˚ Celsius hasta el 2100,
una meta que se requiere para reducir el riesgo de eventos catastróficos fuera
de control.
Las interrelaciones entre alimentos
y bioenergía dependen de una serie de factores, incluyendo los
factores económicos (por ejemplo, los precios y comercio), la tecnología
agrícola (por ejemplo, los rendimientos de los cultivos, la conversión
de eficiencia), cambios en la demanda (por ejemplo, las dietas, los
números de población), así como los patrones y trayectorias de
tierras a nivel mundial al utilizar.
ØMateriales y Métodos
- Definición de las regiones de estudio y los agregados de Biomasa.
La agrupación regional de este estudio
se basó en la clasificación de los macro-geográficas (continentales),
regiones y subregiones geográficas tal como se define por la Unidad
de División Estadística de las Naciones.
La densidad de población
varía considerablemente entre las regiones de estudio, lo cual es
importante porque la disponibilidad de tierras tiene fuertes efectos sobre los
sistemas de uso de la tierra. EL uso de fertilizantes y la densidad de
ganadería son indicadores de la intensidad del uso del suelo y se diferencian
fuertemente con la densidad de población, así como con el
ingreso per cápita (ver Tabla 1).
Cuando se trabaja con produccion de Biomasa se distinguen 11 agregados de alimentos
(cereales, raíces y tubérculos, azúcar cultivos, leguminosas, oleaginosas,
hortalizas y frutas, la carne de los rumiantes (Herbívoros), leche, mantequilla
y otros productos lácteos, la carne de cerdos, aves de corral y huevos,
pescado, otros cultivos). Se definieron siete agregados de cultivos
alimentarios (cereales, oleaginosas, cultivos de azúcar; legumbres, raíces y
tubérculos, hortalizas y frutas, entre otros). Nosotros distinguen dos grupos
de animales: todos los animales capaces de digerir forrajes fueron agregados en
el "herbívoros" grupo (Ganado vacuno, ovejas, cabras, etc.) Todos los
demás animales (sobre todo cerdos y aves de corral) se incluyeron en la
"no-herbívoros" del grupo.
Ø Los datos sobre
el uso del suelo y de los flujos globales de Biomasa en el
año 2000.
Se basan en datos globales del año 2000 que integran consistentemente el
uso del suelo mundial. La Biomasa de las tierras de cultivo incluidos
los cultivos primarios, los cultivos utilizados y no utilizados se calcularon a
partir de los residuos de la producción agrícola de la FAO. El uso del
suelo correspondiente al año 2000 se presenta en la Tabla 2.
Se cotejaron con los datos estadísticos
y los datos derivados de tele detección que son de
75,5% de la superficie de la Tierra (Con exclusión de Groenlandia y la Antártida)que se encuentran en condiciones de
uso humano que, sin embargo, varía de muy intensivo a muy extenso en
utilizar. Aproximadamente el 1% de la tierra se utiliza como infraestructura y área urbana,
el 11,7% como tierras de cultivo, el 26,8% como tierras forestales, 36,0% como
pastoreo.
Los tipos de ecosistemas comprenden
praderas intensamente cultivadas, así como productivos paisajes semi-naturales
que a menudo tienen un valor ecológico muy alto y pueden ser utilizados muy
extensamente. Alrededor del 24,5%, de un medio es totalmente improductivo, a
causa de que se encuentra cubierto por rocas y nieve o desiertos con una
producción del suelo de por debajo de 20 g CN C m_2 y_1 de “tierras
no productivas”.
ØAdecuar la oferta y
la demanda: el modelo de balance de Biomasa.
El modelo de balance de biomasa permite
calcular escenarios de la oferta y la demanda de biomasa en 2050,
sobre la base de un conjunto coherente que se utilizó para construir un modelo
de flujos de biomasa en el año 2000 en donde la demanda de productos
finales se compara con cifras brutas de la producción agrícola y los usos de
datos de del suelo. El modelo consta de dos vías de proceso, un camino cultivo
alimenticio de la demanda de cereales, raíces y tubérculos, cultivos de azúcar,
legumbres, oleaginosas, hortalizas, frutas y otros cultivos, y también por la
demanda de carne de cerdo, aves de corral, los huevos y el pescado de
acuicultura ("no herbívoros"), y una ruta de forraje para la demanda
de productos derivados de herbívoros (carne, leche, mantequilla, y otros
productos lácteos).Los subproductos derivados de productos finales
(por ejemplo, salvado en la producción de harina de cereales, tortas en la
producción de aceite vegetal de los cultivos oleaginosos), y las pérdidas en el
sistema agrícola.
La demanda adicional de cereales es calculada y
añadida a la demanda regional de los cereales teniendo una demanda de semilla y
las pérdidas en cuenta. La vía de fibra se refiere a la demanda de los rumiantes
carne y leche, es decir, al sistema de pastoreo de ganado. El pastoreo del
sistema de ganadería se caracteriza por una demanda de alimento para el mercado
y una demanda de no-mercado de los alimentos (demanda de forraje, es decir, la
suma de los forrajes, residuos de cultivos alimentos de los herbívoros, y el
pastoreo). Estos factores dependerán sobre todo en la parte regional de
ganadería de sistemas de subsistencia (con altos índices
de insumo-producto para forraje y bajos coeficientes de insumo-producto
para la alimentación de mercado) y la carne industrial y la
producción de leche (con los patrones opuestos y mucho mayor eficiencia general
debido al mayor valor nutritivo de mercado de los alimentos y a un sistema de
producción optimizado para salidas).
Ø Hipótesis para cambios hasta 2050 en
comparación con el 2000.
Con respecto al crecimiento de la
población, se utilizó el medio de las Naciones Unidas una variante en la que
se prevé la población mundial de 9160 millones en 2050.
Para el 2050 en cada región se calculó
alcanzar el nivel de dieta del país, que era "más rico" (en
referencia a la ingesta de alimentos) en 2000 en la región
respectiva.
La FAO proporciona
proyecciones de la producción agrícola y sus conductores (rendimientos, zona,
la intensidad de cultivo) para la selección de importantes cultivos de
alimentos (cereales, oleaginosas, cultivos de azúcar) para los países
industrializados y cinco grupos regionales de países en desarrollo.
Para obtener una estimación de la
superficie adicional necesaria para las áreas
urbanas einfraestructurarural de áreas se
debe principalmente a la necesidad del transporte agrícola, productos
de insumos, y por la necesidad de vivienda de población agrícola y
maquinaria.
El mayor escenario mundial de
producción agrícola dependerá principalmente de los aumentos de
rendimientos y sólo en menor medida en un crecimiento de las áreas de tierras
de cultivo.
Ø Cálculo de los potenciales de bioenergía.
Se calcularon los potenciales de bioenergía, distinguiendo tres
fundamentos diferentes de procesos de producción:
(1) bioenergía en las tierras
de cultivo.
(2) los
cultivos bioenergéticos en tierras de otros (es decir,las tierras de
pastoreo de acuerdo con el conjunto de datos de uso del suelo utilizado en este
estudiar).
(3) los potenciales de residuos en
tierras de cultivo.
El potencial de bioenergía de
cultivos bioenergéticos producirá la misma cantidad
de biomasa por año a partir de la vegetación actual. El potencial
energético de los residuos no utilizados en las tierras de cultivo se ha
calculado mediante la aplicación de índices de cosecha y los factores de uso.
Los residuos de cultivos se usan como alimento y para cama de ropa
que se estimó calculando la cantidad de estiércol producido por el
ganado.
Ø Modelización de los efectos del cambio climático con LPJmL.
Se empleó el modelo LPJmL
para estimar los efectos de los cambios en la temperatura, las precipitaciones
y la fertilización de CO2 en los rendimientos de los principales
cultivos a nivel mundial en una resolución espacial de 0.5˚*0.5 ˚.
Se calcularon los porcentajes de cambio
de la productividad agrícola entre dos periodos de 10 años: 1996-2005 y
2046-2055, en representación de la productividad media de los años
2000 y 2050. Productividades agrícolas nacionales y
regionales se basaron en calorías y el área ponderada
en promedio de productividad de los cultivos de trigo, arroz, maíz, mijo,
guisantes, remolacha azucarera, patata dulce, soja, maní, girasol y colza.
Ø Resultados
El potencial calculado
de bioenergía global en ausencia de cambio climático
("business-as-usual" o BAU) se reporta en Tabla 6. Se encontró
que el agregado global de bioenergía potencial primaria en el
año 2050 sin cambio climático asciende a104,7 EJ y_1. Más de la mitad
de potencial que proviene de cultivos primarios sobre todo (pastoreo) la
tierra, es decir, a partir de la intensificación de uso de la tierra
en las mejores zonas de pastoreo disponibles. Los residuos de cultivos primarios
contribuirán con menos del 50% en el año 2050 según las proyecciones
de la FAO (véase la Tabla 4). Casi la mitad del potencial proveniente
de sólo dos regiones, como el África subsahariana y en América Latina
y el Caribe.El cambio climático podría dar lugar a cambios en los rendimientos de
las tierras de cultivo (Tabla 5) y en la productividad de las áreas de pastoreo
que sería tener un efecto considerable en el potencial de
la bioenergía modelado, como se muestra en la figura. 4a: Si el
efecto de fertilización por CO2, como modelado por LPJmL, es
plenamente eficaz, el potencial bioenergético podría aumentar hasta
en un 45% a 151,7 EJ y_1, mientras que lo haría disminuir en 1690 a
87,5 EJ y-1 si la fertilización de CO2 podría
ser completamente ineficaz.
Ø Discusión y conclusiones.
- ¿Qué tan realista es el pronóstico de la FAO se basa este estudio?
La producción total de tierras de
cultivo aumenta en un 68% (materia seca), aumentos máximos de los pronósticos
para África al sur del Sahara (þ154%) y para América Latina. La mayor
parte del crecimiento de la producción total se debe a rendimientos crecientes,
que se supone que aumentará en un 54% en promedio de todas las tierras de
cultivo. En particular, en Europa Occidental y América del Norte, los rendimientos
de las tierras de cultivo alcanzan niveles muy elevados.
Ø Las incertidumbres sobre los impactos del cambio climático.
El factor más importante es
incertidumbre en la fertilización del CO2 que se
analizó implícitamente aquí. Este efecto puede, en principio,
aumentar los rendimientos de los cultivos considerablemente debido al
aumento de las tasas de asimilación de carbono como así como mejorar la
eficiencia del uso del agua. Sea o no los agricultores podrán lograr mayores
rendimientos de los cultivos bajo elevadas concentraciones de CO2 atmosférico
dependerá de disponibilidad de entradas adicionales, especialmente nitrógeno.
El aumento de las tasas de asimilación de carbono sólo se puede convertir en el
tejido de la planta productiva o de los órganos de almacenamiento cosechados si
se dispone de suficiente nutriente para sostener el crecimiento
adicional.Cuando el crecimiento de la planta se ve limitada por
las limitaciones de nutrientes,el crecimiento adicional es limitado.
Además de eso, hay una cierta probabilidad de que la calidad de los
productos agrícolas disminuya bajo fertilización de CO2 aumentada.
Ø Interpretación de los cálculos de potenciales de bioenergía.
En la interpretación de los potenciales
de bioenergía calculada es esencial tener en cuenta que estos son los
potenciales brutos de suministro de bioenergía, es decir, el valor
calorífico bruto (GCV) del material de toda la planta sobre el suelo, se supone
que estará disponible para materia prima para la producción de bioenergía.
Una considerable fracción del potencial
de bioenergía calculado debe ser adecuada para esta ruta de
utilización, por ejemplo el residuo potencial y una parte desconocida del
potencial en el pastoreo de áreas. Incluso en las zonas donde la primera
generación de la producción de biocombustibles sería posible. El
potencial de energía sería significativamente (50-75%) más bajos
debido a las pérdidas.
Ø Comparación con
otras evaluaciones de la bioenergía potenciales.
Los
cálculos bioenergéticos potenciales no incluyen
la bioenergíapotenciales de los bosques. En el año 2000, la cantidad
de madera cosechada en bosques tenían un valor de energía
de aproximadamente 22 EJ. Los informes de la AIE de
que la cantidad total de"Biomasa sólida primaria" que se utiliza
para la producción de energía a nivel mundial fue de 39,4 EJ.El potencial
de producción de bioenergía a partir de los bosques se cuantificó
recientemente para rango de cero a 71 EJ y_1 en el año 2050: la
técnica mundial potencial de la bioenergía forestal en 2050 se
encontró que era 64 EJ y_1, el potencial económico de
15 EJ y_1, lo ecológico potencial 8 EJ y_1 y el ecológico-económico
combinado 0 EJ y_1.
Ø Conclusiones y recomendaciones
Se llega a la conclusión de que el
potencial de la bioenergía en tierras agrícolas en 2050 es muy
sensible al cambio climático, así como a cambios en los rendimientos y las
dietas. Se requiere más investigación para entender la retroalimentación entre
la gestión, los cambios en precipitación, la temperatura y la magnitud del CO2
bajo condiciones de campo, todos los cuales tienen un fuerte efecto sobre el
potencial de bioenergía. Los resultados sugieren que
la bioenergía potencial en áreas agrícolas en 2050 podrían estar en
el orden de magnitud de 100 EJ y_1. Una
fracción considerable de este potencial proviene de los residuos
agrícolas, lo que sugiere la profunda evaluación de las opciones para combinar
la producción de bioenergía y la gestión de la fertilidad del suelo
(por ejemplo, la producción de energía a través de la producción
de biogás, que mantiene una gran proporción de los nutrientes y las partes
del carbono) debe llevarse a cabo.
- Menciona los 11 agregados que se distinguen cuando se trabaja con producción de Biomasa y los flujos de consumo.
- Menciona los tres fundamentos de procesos para calcular los potenciales de bioenergias.
- ¿Con cuanto porcentaje contribuirán los cultivos primarios en el año 2050 según la FAO
ØAutores
Haberl Helmut, Heinz Erb aKarl, Krausmann Fridolin , Bondeau Alberte ,Lauk Christian , Mu¨ ller Christoph , Plutzar Christoph , Steinberger Julia K.
ØReferencias del articulo
[1] Millennium Ecosystem Assessment. Ecosystems and
human well-being - our human Planet. Washington, D.C.:
Island Press; 2005.
[2] GLP. Global Land Project. Science plan and implementation
strategy. Stockholm: IGBP Secretariat; 2005.
[3] Turner BL, Lambin EF, Reenberg A. The emergence of land
change science for global environmental change and
sustainability. Proc Natl Acad Sci 2007;104:20666e71......
human well-being - our human Planet. Washington, D.C.:
Island Press; 2005.
[2] GLP. Global Land Project. Science plan and implementation
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[3] Turner BL, Lambin EF, Reenberg A. The emergence of land
change science for global environmental change and
sustainability. Proc Natl Acad Sci 2007;104:20666e71......
ØNombre del articulo o revista
Los potenciales
de bioenergía de la tierra agrícola en el año 2050:
Sensibilidad al cambio climático,
las dietas y los rendimientos.
ØNumero de Edición
b i o m a s s a n d b i o e n e r g y 3 5 ( 2 0 1 1 )
ØAño
28 de mayo 2011
ØPaginas
4 7 5 3-4 7 6 9
