Biomasa cañera, energía y medio ambiente Por Julio Torres-Martínez* y Juan Llanes-Regueiro** 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. |  |
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 Cuba en estaciones de limpieza, 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. Este cambio tecnológico sería muy importante en el contexto caribeño, pues en la región existen considerables experiencias y tradición en la producción de la caña de azúcar; además, la dependencia del petróleo importado es muy alta. Así, la introducción de este cambio contribuirá 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 [1992-2001], 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. Fig. 1. Esquemas de cogeneración tradicional (A) y cogeneración y generación modernas (B). La introducción de la tecnología biomasa gasificada integrada con turbinas de gas en ciclo combinado (BGI/TGCC) solo 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 durante 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 t 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 kilowatt-hora producido, la alternativa 4 es la preferida por el mayor monto del VAN, unido a los menores costos de producción del azúcar y del 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 alcanza 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 elementos siguientes: • 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 diésel; 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. Fig. 1. Emisiones de CO2 debidas a la generación de electricidad en Cuba. 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. • Adicionalmente, en 2030 podrían fabricarse también 4 millones de toneladas de azúcar y más de sesenta millones de hectolitros de alcohol para sustituir diésel, 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. • Continuar el estudio de los pasos siguientes y las características técnico-económicas de la transición hacia una energética sustentable. Publicado en Energía y tú, No. 29, ene.-mar., 2005. * Especialista del Observatorio Cubano de Ciencia y Tecnología. e-mail: julio.torres@occyt.cu