COSTOS BIOMASA


La determinación de los costos de producción de energía (o materiales) a partir de biomasa es compleja debido a la variabilidad regional en los costos de producción y suministro de materias primas  y la amplia variedad de tecnologías de conversión de biomasa. Los factores clave que afectan a la los costos de producción de bioenergía son los siguientes:


•Para la producción de cultivos: el costo de la tierra y del trabajo, rendimientos de los cultivos, los precios de diversos insumos (como fertilizantes), suministro de agua y el sistema de gestión (por ejemplo, la cosecha mecanizada y la manual).


•Para el envió de biomasa en una instalación de conversión: la distribución espacial de los recursos de biomasa, la distancia de transporte, medio de transporte y el despliegue (y oportunidad) de las tecnologías de pre tratamiento de la cadena. Las cadenas de suministro van desde el uso en el sitio (por ejemplo, la leña o el uso de bagazo en la industria azucarera o residuos de biomasa en las instalaciones de conversión de otras) hasta llegar a las cadenas de suministro internacionales con pastillas enviadas o combustibles líquidos como el etanol


•Para la conversión final a los portadores de energía (o de biomateriales): la escala de conversión, los mecanismos de financiación, los factores de planta, la producción y el valor de los coproductos,  y los costos finales de conversión (en la planta de producción). Estos actores claves varían entre las tecnologías y los lugares. El tipo de portador de energía utilizada en el proceso de conversión influye en el potencial de mitigación del cambio climático.


Los análisis de Hoogwijk et al. (2009) ofrecen una perspectiva global y a largo plazo para los posibles costos de producción de biomasa (centrado en sistemas de cultivos perennes) de los diferentes reportes de escenarios especiales de emisiones del IPCC (véase el tabla 7.2.1 y la figura 7.2.1 ). Los costos de arriendo de las tierras, aunque con un factor menor en los costo en la mayoría de las regiones del mundo, dependen de la intensidad de uso del suelo en los escenarios subyacentes. Los costos de capital varían debido a los diferentes niveles de mecanización. En base a estos análisis, una parte considerable (100 a 300 EJ) de las posibilidades técnicas de largo alcance basados en sistemas de cultivos perennes podría costar alrededor de 2,3 USD/GJ.






Los suministros de biomasa están, como con cualquier materia prima, sujetos a mecanismos de fijación de precios complejas. Los suministros de biomasa se ven fuertemente afectados por los precios de los combustibles fósiles (OECD-FAO, 2008), por los productos agrícolas y los mercados de productos forestales. En una situación ideal, la demanda y oferta equilibran los niveles de precios proporcionando una buena medición de la producción real y los costos de suministro. En la actualidad, la dinámica del mercado determina los costos de las materias primas para los biocombustibles más importantes, como el maíz, la colza, aceite de palma y caña de azúcar. Para pellets de madera es otro materia prima importante a nivel internacional en la producción de bioenergía moderna, los precios han sido fuertemente influidos por los precios del petróleo, ya que los pellets de madera en parte sustituyen a los combustibles fósiles para calefacción y por medidas de apoyo para estimular la producción de electricidad verde, tales como primas en las tarifas para la co-combustión (Junginger et al., 2008). Además, los precios de los biocombustibles sólidos y líquidos son determinados por contextos nacionales, las políticas específicas y el valor de mercado de los residuos de biomasa, para los cuales pueden haber aplicaciones alternativas, están a menudo determinados por los mecanismos de precios de otros mercados influyentes por media de políticas nacionales.


Costos nivelados actuales de electricidad, calor y combustibles


Los factores antes mencionados dejan claro que es difícil generar información sobre un costos genérico de la bioenergía válido globalmente. Sin embargo, esta sección se presentan estimaciones para los costos nivelados actuales de la electricidad (LCOE), calor (LCOH) y combustibles (LCOF) típicos de sistemas de bioenergía comerciales. Los resultados de los cálculos de LCOE, LCOH y LCOF para un conjunto seleccionado de opciones bioenergéticas disponibles comercialmente, y en base a los costos de los últimos, se resumen en la figura 7.2.2 y discuten a continuación.




Para calcular el LCOE para la generación de electricidad, se asume una rango estandarizado de costos de materia prima de 1,25 a 5 USD/GJ (sobre la base del "High Heating Value", HHV). Para calcular el LCOE de las plantas de cogeneración, donde se producen electricidad y calor, el calor se contó como un coproducto con ingresos que dependen de la calidad asumid y la aplicación del calor. Para las plantas de cogeneración de gran escala, donde el vapor se genera por el calor del proceso, los ingresos coproducto se fijó en 5 USD/GJ. Para las plantas de cogeneración de pequeña escala, por el contrario, los ingresos se establecieron efectivamente en función del costo de agua caliente, o 13 USD/GJ (aplicable, por ejemplo, en los países nórdicos y Europa).


El LCOH para sistemas de calefacción que se ilustra en las barras de color azul claro de la figura 7.2.2 es menos seguro debido a las disponibilidad limitada de información. Para aplicaciones de calefacción, los supuestos de inversión de costos provino principalmente de la investigaciones de los países europeos y nórdicos, que son los principales usuarios de estas aplicaciones (ver figura 7.2.3). Los costos de materia prima provienen de la misma fuente y por lo tanto pueden no ser representativos de otras regiones del mundo: los costos de materias primas se suponen de 0 a 3 USD/GJ para residuos sólidos urbanos y residuos de bajo costo, de 2,5 a 3,7 USD/GJ para la digestión anaeróbica, de 3,7 a 6,2 USD/GJ para turbinas de vapor y de 10 a 20 USD/GJ para pellets. La figuras de LCOH que aquí se presentan, por tanto, son más representativo de los sistemas europeos.




Las estimaciones de LCOF se obtuvieron a partir de una evaluación técnico-económica de la producción de biocombustibles en varios países (Bain, 2007). Hay supuestos subyacentes de costos de materias primas  que representan el máximo y el mínimo coste materia prima reciente en las respectivas regiones. Todas las rutas para la producción de biocombustibles tienen en cuenta, a veces, ingresos de múltiples coproductos, que se restaron a los gastos para calcular el LCOF. En el caso del etanol de caña de azúcar, por ejemplo, el ingreso de azúcar se fijó en 4,3 USD/GJ, aunque este valor varía de acuerdo con los precios del mercado del azúcar y se puede subir a cerca de 5,6 USD/ GJ. Para el cálculo de LCOF, sin embargo, el promedio de ingresos por subproductos fue asumido. Junto con el etanol y el azúcar (y potencialmente otros biomateriales en el futuro), el tercer co-producto es la electricidad, para los cuales también se asumió su deducción a partir del calculo del LCOF. Un enfoque similar fue utilizado para otras vías de biocombustibles. Este ejemplo, sin embargo, ilustra la complejidad de las evaluaciones de los costos de producción de biocombustibles.


Por último, el costo nivelado de petróleo para pirolisis como un combustible intermedio, un portador de energía densificada, también fue evaluado, ya que el petróleo para pirolisis ya se utiliza para aplicaciones de calefacción y cogeneración, y también están siendo investigadas para su utilización en aplicaciones de energía estacionarias y transporte.


La figura 7.2.2 presenta una amplia gama de valores, impulsados  por las variaciones no sólo en costos de materias primas sino también los costos de inversión, la eficiencia, tiempos de vida de las plantas y otros factores. Los costos de materias primas, sin embargo, no sólo varían considerablemente según la región sino que también representan una parte considerable del costo total nivelado de algunas aplicaciones de bioenergía. El efecto de diferentes niveles de costos de materias primas sobre el LCOE de las tecnologías de generación de electricidad considerados aquí se muestra más claramente en la figura 7.2.4, donde también se muestran las variaciones de los costes de inversión y los factores de planta. Efectos similares se muestran para el costo nivelado de los biocombustibles (LCOF) en la figura 7.2.5 (aunque la figura no se muestra para los sistemas de calefacción, una relación similar a la que existe).







El aprendizaje tecnológico en los sistemas de bioenergía


La evolución de los costes y el aprendizaje tecnológico en los sistemas de bioenergía no están tan bien descritos como los de las tecnologías de energía solar o eólica. La literatura reciente, sin embargo, da una visión más detallada de las curvas de aprendizaje de los diversos sistemas de bioenergía. La tabla 7.2.2 y figura 7.2.6 resume una serie de análisis que han cuantificado el aprendizaje, expresado por las tasas de aprendizaje (LR) y las curvas de aprendizaje (o experiencia), por tres sistemas de biomasa comerciales:


1.La caña de azúcar basado en la producción de etanol (van den Wall Bakeet al., 2009).

2.Basado en el maíz la producción de etanol (Hettinga et al., 2009).

3.Los combustibles de astillas de madera y cogeneración en los países escandinavos (Junginger et al, 2005).






La tasa de aprendizaje es la tasa de la disminución del costo unitario asociado con cada duplicación de la producción acumulada. Por ejemplo, un LR de 20% implica que después de una duplicación de la producción acumulada, los costos unitarios disminuyó un 20% del costos original. La definición de la "unidad" depende de la variable de estudio.


Los estudios sobre la curva de aprendizaje tienen limitaciones de precisión(Junginger et al, 2008). Sin embargo, hay una serie de factores generales que impulsan la reducción de costes que pueden ser identificados: Para las materias primas de biomasa, para la producción de etanol tales como los cultivos de azúcar (de caña de azúcar) y los cultivos de almidón (maíz), el aumento de rendimiento de los cultivos ha sido la fuerza impulsora detrás de la reducción de costos .


•Para la caña de azúcar, las reducciones de costos han venido de los esfuerzos de investigación y desarrollo para el desarrollo de variedades con un contenido de sacarosa mayor y por lo tanto la producción de etanol, lo que aumenta el número de cosechas del segundo ciclo (a partir de brotes), antes de replantar la tierra, la cosecha manual cada vez más eficiente y el uso de camiones mas grandes para el transporte. Más recientemente, la cosecha mecanizada de la caña de azúcar está reemplazando a la cosecha manual, lo que aumenta la cantidad de residuos para la producción de electricidad (Seabra et al, 2010).


•Para la producción de maíz, la mayor disminución de costo  se produjo en los costos de capital, la tierra y los fertilizantes hasta el año 2005. Los efectos adicionales detrás de la reducción de costes incrementaron los tamaños de las plantas a través de cooperativas que permitieron mayores volúmenes de producción, recolección eficiente de materia prima, disminución del riesgo de la inversión a través de préstamos del gobierno y la introducción de la mejora de la eficiencia de las plantas de gas natural-etanol, que son responsables de casi el 90% la producción de etanol en los EE.UU. (Hettinga et al., 2009). Los mayores rendimientos se obtuvieron a partir de maíz híbridos genéticamente modificado para tener una mayor resistencia a las plagas y el aumento de la adopción de la siembra directa que mejoran la calidad del agua (NRC, 2010). Si bien es difícil cuantificar los efectos de estos factores, parece claro que los esfuerzos de investigación y desarrollo (la realización de mejores variedades de plantas), las mejoras de la tecnología y el aprendizaje mediante la práctica (por ejemplo, la cosecha más eficiente) desempeñaron un papel importante.


Para la producción de etanol, los costos industriales de la caña de azúcar y maíz han disminuido principalmente a las escalas cada vez mayores de las plantas de etanol.


•Desgloses de costos del proceso de producción de caña de azúcar mostraron una reducción de alrededor del 60% en todos los subprocesos desde 1975 hasta 2005. Los costos de producción de etanol (excluidos los costos de materias primas) se redujeron en un factor de tres entre 1975 y 2005 (en términos reales, es decir, corregido por la inflación). Los costos de inversión, operación y mantenimiento se redujeron debido principalmente a las economías de escala. Otros gastos fijos, tales como los gastos administrativos e impuestos, no cayeron dramáticamente, pero la reducción de costos puede ser atribuida a los sistemas de administración automatizados. La disminución de los costos puede ser atribuida principalmente a las escalas mayores y mejores factores de planta (van den Wall Bake et al., 2009).


•Para que el etanol de maíz, los costos de conversión (sin costos para el maíz) se redujo en un 45% a partir de 240 USD/m3 a principios de la década de 1980 a 130 USD/m3 en el año 2005. Los costos de la energía, mano de obra y las enzimas, en particular, contribuyó a la disminución general de costos. Los efectos adicionales detrás de estas reducciones son mayores rendimientos de etanol, la introducción de tecnologías de automatización y control que requieren menos energía, mano de obra y un aumento de escala de las plantas promedio de molienda en seco (Hettinga et al., 2009).




Escenarios futuros de la reducción de costos


Para la producción de etanol a partir de caña de azúcar y maíz, los futuros escenarios de costos de producción basados en el análisis directo de curva de experiencia se han encontrado que:


Para que el etanol brasileño de caña de azúcar (van den Wall Bake et al.,2009), los costos totales de producción en el 2005 fueron aproximadamente 340 USD/m3 (16 USD/GJ). Sobre la base de que la curvas de experiencia para los componentes de los costos es la que se muestra en la figura 7.2.6 (materias primas y el etanol, sin costos de materias primas), los costos totales de producción de etanol en el 2020 se estiman entre 200 y 260 USD/m3 (9,2 a 12.2 USD/GJ). Estos costos se comparan favorablemente con los de Brasil, con una estimación actual de costos de producción de 14,8 USD/GJ se proyecta para el 2020 un costo de 9 a 10 USD/GJ. Los costos de producción de etanol, sin materias primas están en un rango de 139 a 183 USD/m3 (6,5 a 8,6 USD/GJ) en 2005 y podría llegar a cerca de 113 USD/m3 (6,6 USD/GJ) para el año 2020, suponiendo una constante 82 m3 de etanol hidratado, por tonelada de caña de azúcar.


Para el etanol a partir del maíz de los EE.UU. (Hettinga et al., 2009), los costos de producción de maíz y procesamiento de etanol se estiman, respectivamente, como 75 USD/ton, y 60 a 77 USD/m3 para el año 2020. En general los costos de producción de etanol podrían disminuir a partir de un nivel actual de 310 USD/m3 a 248 USD/m3 (14,7 a 11.7 USD/GJ) para el año 2020. Esta estimación no incluye los costos de inversión y el efecto de los precios del maíz en el futuro. La Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. en su análisis de impacto regulatorio de la norma de combustibles renovables realizada en 2010 modela la industria de etanol de maíz actual en detalle y se proyecta una disminución en el costo total de producción de 17,5 a 16 USD/GJ para el año 2022, teniendo en cuenta tanto las materias primas, mejoras en los procesos y los ingresos previstos por coproductos.


Confirmando la tendencia y el apoyo a las proyecciones para el año 2020, el tabla 7.2.3 ilustra los indicadores clave de desempeño ambiental de las plantas de gas natural y molienda seca de maíz de América del Norte y tomando como referencia 44 molinos de caña de azúcar en términos de emisiones de gases de efecto invernadero por contenido de carbono de la biomasa como materia prima (factor de desplazamiento), la reducción de emisiones en relación con el combustible fósil de referencia en la región de producción (ahorro de gases de efecto invernadero), y una eficiencia en el uso de la tierra (volumen de producción por unidad de área) del indicador. El desempeño de la comercial de sistema norteamericano mejoró con el tiempo, por ejemplo, utilizando los ahorros relativos de gases de efecto invernadero, que eran un 26% en 1995 y el 39% en 2005, y las mejoras de eficiencia proyectadas mediante la aplicación de los sistemas de cogeneración por sí solos o en combinación con la sistemas de captura de carbono, llevarían a entre el 55 y el 72% de ahorro de emisiones para el año 2015, respectivamente. Del mismo modo, las plantas de caña de azúcar brasileña irían desde 79 hasta 120 y 160% en el ahorro de gases invernaderos con respecto a la línea de base 2005-2006 y de la cogeneración y los escenarios de establecidos por los sistemas de captura de carbono, respectivamente.




En los combustibles renovables para proyectos en Europa que se centraron en despacho de los biocombustibles en Europa (de Wit et al, 2010;..Londo et al, 2010), se prestó especial atención a los efectos del aprendizaje de las tecnologías de biocombustibles lignocelulósicos en las proyecciones de los costos futuros . Los análisis mostraron dos puntos clave:


•Los biocombustibles lignocelulósicos tienen un potencial considerable para mejorar en las áreas de producción de cultivos, sistemas de suministro y la tecnología de conversión. Para la conversión, en particular, las economías de escala son un elemento muy importante del potencial de reducción de costos de capital futuros (en parte debido a la mejora de la eficiencia de conversión). Los recursos de biomasa pueden llegar a ser un poco más caro debido a una menor participación de los residuos a través del tiempo. Se estima que el costo de la producción de biocombustibles lignocelulósicos podría competir con la gasolina y el diesel del petróleo con 60 a 70 USD por barril en 2030 (0,38 a 0,44 USD/litro) (Hamelinck y Faaij, 2006).


•La penetración de opciones de biocombustibles lignocelulósicos depende considerablemente de la tasa de aprendizaje. Esta, a su vez, depende de la mayor penetración de mercado (lo que permite producir con instalaciones de producción más grandes), lo que hace la tasa de aprendizaje dependa en parte de apoyo en el mercado o los mandatos en las fases iniciales de penetración en el mercado.


La Agencia Internacional de Energía proyecto de un rápido aumento en la producción de biocombustibles lignocelulósicos, sobre todo entre 2020 y 2030, contabilizando todos los aumentos graduales de biomasa a partir de 2020. El análisis de los biocombustibles proyecta una casi total eliminación de la producción de cereales y maíz a base de etanol y biodiesel de semillas oleaginosas comestibles con sede a partir de 2030. Las reducciones de costos potenciales de los proyectos actuales de ensayo a las futuras instalaciones a escala comercial para la producción de biocombustibles lignocelulósicos específicos se muestran en la figura 7.2.3.