dimecres, d’agost 01, 2007

Etanol de blat de moro (II): balanç energètic

[Aquest apunt és la continuació de l'escrit: Etanol de blat de moro (I): de què parlem?]

La benzina és per cremar-la dins un motor. Cremant un litre de benzina s'allibera una energia (poder calorífic inferior, PCI) d'uns 33,4 MJ/L (megajoules per litre) [1]. No tota s'aprofita, però això és una altra història. Per produir i distribuir aquest litre de benzina cal extreure un cert volum de petroli del subsòl, portar-lo a la refineria, destil·lar la benzina o obtenir-la per craqueig de fraccions més pesants, posar-hi additius i distribuir-la. Això té un cost energètic d'aproximadament 6,1 MJ/L [1]. Per cada MJ d'energia invertida en la producció i la distribució d'un litre de benzina s'obtenen 5,5 MJ d'energia alliberada en cremar la benzina. El balanç net seria de 4,5 MJ nets per cada MJ invertit.


Figura 1. Balanç energètic per a 1 L de benzina

Quin és el balanç per a un litre d'etanol de blat de moro? Per començar, un avís: un litre d'etanol allibera força menys energia (21,2 MJ/L) que un litre de benzina (33,4 MJ/L) [3]. Calen 33,4/21,2 = 1.58 litres d'etanol per obtenir la mateixa energia, o per fer els mateixos quilòmetres que amb un litre de benzina. Dit això, faré el balanç per a 1,58 L d'etanol, que és l'equivalent d'un litre de benzina, però abans caldrà una mica de context.

Energia requerida per produir l'etanol de blat de moro

Produir etanol de blat de moro demanda consums energètics importants. El conreu d'aquest cereal consumeix als EUA uns 750 kg N/(ha.any) en fertilitzants [5]. Per generar i transportar 1 kg de nitrogen en forma d'adob calen uns 40 MJ [6], la majoria consumits en la síntesi de l'amoníac. Això fa 30.800 MJ/ha, o 9,9 MJ/L. Aquesta energia s'obté bàsicament del gas natural. Per al transport de l'adob, es gasten combustibles líquids. El consum energètic lligat al fòsfor i al potassi és més petit, però el de la calç és més gran. Hi ha consums energètics més petits, de maquinaria per al transport, sembra, aplicació de l'adob, sembra, collita i transport del gra. Finalment, cal moldre el gra, fermentar-lo, destil·lar l'esperit, afegir-lo a la benzina i/o portar-lo a la benzinera. Hi ha un desacord sobre quant sumen aquests consums energètics, però mostrem les dues cares de la moneda. Segons un estudi d'AGri-Canada, recollit per Shapouri [7] (uns dels estudis més optimistes), per produir 1 L d'etanol de blat de moro calen 19,1 MJ/L. Ara bé, podem calcular que per produir l'equivalent a 1 L de benzina (1.58 L d'alcohol) calen 30.1 MJ, que és just una mica menys que el poder calorífic d'aquest volum d'etanol (33.4 MJ) [3]. És a dir, segons una de les versions més optimistes, per obtenir un volum qualsevol d'etanol de blat de moro cal una quantitat d'energia gairebé igual que la que s'obté de l'etanol. El balanç, comptat així, seria amb prou feines positiu.

Crèdits energètics dels subproductes o coproductes

Així, doncs, donde está el chiste del balanç energètic? La majoria d'autors tenen en compte els subproductes o coproductes generats en la producció d'etanol, com gra mòlt (distiller's grain), gluten o oli de blat de moro. Com que aquests productes ja no s'han de fabricar expressament, hi ha un estalvi energètic associat a aquests coproductes, que permet assignar uns crèdits energètics al procés. Aquesta qüestió és polèmica, per com s'assignen i pels valors que se'ls atribueix, entre 2,3 i 7,7 MJ/L. Aquests "crèdits energètics" permeten salvar, segons alguns autors, el balanç energètic de l'etanol de blat de moro.

Un balanç molt optimista: l'estudi d'Agri-Canada

Integrant els crèdits energètics dels subproductes al balanç, a l'estudi d'Agri-Canada s'assignen crèdits de 3,92 MJ/L, equivalents a 6,0 MJ/(1,56 L). El balanç energètic, aplicant els resultats de l'estudi esmentat queda, doncs, així:


Figura 2. Balanç energètic del bioetanol de blat de moro (basat en una de les versions més favorables del balanç).

El balanç net és de 9,4 MJ/30,1 MJ = 0,31 MJ obtinguts per cada MJ invertit, enfront dels 4,5 MJ obtinguts per cada MJ invertit en la producció i distribució de benzina. Aquest és un dels balanços més favorables que s'han presentat per a l'etanol, i no deixa de ser un balanç molt minso (compareu-lo amb el de la benzina, Figura 1). L'estudi de Shapouri [7] encara és més optimista, però el resultat és, tanmateix, pobre, comparat amb el de la benzina. Com deuen ser els balanços més desfavorables?

Un balanç menys optimista

Pimentel i Patzek han presentat balanços energètics negatius per al bioetanol de blat de moro. Segons aquests autors, els crèdits energètics dels subproductes estan sobreestimats en els balanços més favorables (com el de Shapouri). Elaborant un estudi de Pimentel del 2003 (citat per Patzek [4]) s'obté que els requeriments energètics per produir 1.56 L d'etanol són 43,6 MJ, mentre que l'energia alliberada segueix essent 33,5 MJ. Pimentel aplica uns crèdits energètics dels subproductes més baixos (3.0 MJ per a 1,56 L), i el balanç resultant per als 1,56 L d'etanol és: 33,5 + 3,0 - 43,6 = - 7,1 MJ.


Figura 3. Balanç energètic del bioetanol de blat de moro (basat en una de les versions més desfavorables).

Això vol dir que es consumeix més energia per obtenir un volum d'etanol que l'energia que s'obté de la seva combustió. És a dir, per cada cada MJ d'energia invertida en l'obtenció d'etanol de blat de moro, no només no s'obté cap MJ excedentari, sinó que es perden 0,17 MJ. Aquest balanç, o càlculs semblants fets per Patzek donen un balanç clarament negatiu per a l'esperit de blat de moro com a substitut de la benzina. En aquest cas, podríem parlar netament del negoci de na Peix frit, que el venia a quatre i el comprava a sis.

Conclusions

Hi poden haver motius estratègics, de política interior o exterior nord-americana, o d'altra mena, per substituir benzina per etanol de blat de moro en aquell país, però difícilment es pot argumentar que es tracti d'un balanç energètic extraordinàriament favorable a aquest bioetanol enfront de la benzina. El balanç és moderadament negatiu o positiu segons els diferents autors (i jo em crec més el sector pessimista), però en tot cas és molt més desfavorable que el balanç de la benzina.

Des del punt de vista de l'escalfament global, ens podem plantejar si la substitució de benzina per bioetanol de blat de moro redueix de manera efectiva les emissions de CO2. Aquesta anàlisi no l'he presentada, i no descarto fer-ho més endavant, però amb un balanç energètic negatiu, o tan modest, i tenint en compte que les fonts d'energia utilitzades en obtenir bioetanol són majoritàriament fòssils als EUA, ens trobaríem que per emetre 1 kg de CO2 "renovable" (combustió de bioetanol) s'han d'emetre encara més kg de CO2 fòssils o, en el millor dels casos, només una mica menys.

Tampoc he comentat encara els impactes ambientals negatius, i els socioeconòmics, d'estendre incontroladament la superfície cultivada dedicada al bioetanol de blat de moro, a costa dels ecosistemes naturals o dels conreus d'altres cultius alimentaris, però si llegiu la premsa, ja en tindreu notícia d'alguns.


Referències i notes

[1] 120.000 BTU/gal, segons [2]

[2
] USDA National Agricultural Statistics Service - Quick Stats U.S. & All States Data - Crops. El 2007 s'han sembrat 90,454 milions d'acres, que són 36,6 milions d'hectàrees.
http://www.nass.usda.gov/QuickStats/Create_Federal_All.jsp

[3] Poder calorífic inferior de, respectivament, 116.000 i 78.000 BTU/gal, segons Pazek i colaboradors [4].

[4] Patzek, Tad. W., Anti, S.M. Campos, R, HA, K.W., Lee, J., Li, B., Padnick, J., YEE, S-A. (2005). Ethanol from corn: clean renewable fuel for the future, or drain on our resources and pockets? Environment. Development and Sutainability, 7, 319-336.
http://www.energyjustice.net/ethanol/PatzekEthanolPaper.pdf

[5] Table 10. Nitrogen used on corn, rate per fertilized acre receiving nitrogen, selected States. USDA Economic Research Service.
http://www.ers.usda.gov/Data/FertilizerUse/Tables/Table10.xls

[6] EFMA. Harvestning Energy with Fertilizers.
http://www.efma.org/publications/Harvesting%20Energy/energy08.pdf

[7] Shapouri, H., Duffield, J.A., Wang, M. (2002). The Energy Balance of Ethanol: an Update. United States Department of Agriculture.
http://www.usda.gov/oce/reports/energy/aer-814.pdf



Traducció automàtica d'aquest text: en es fr

3 comentaris:

Mus ha dit...

Muchas gracias.

¿Cabría argumentar que los costos energéticos estadounidenses de producción de maíz sean mayores que en otros lugares del mundo, por ejemplo en abono nitrogenado? También, ¿crees que la llegada de los productos transgénicos pudiera cambiar la situación?

Saludos. Me alegro de que vuelvas a escribir. :)

Geococcyx ha dit...

Hola Mus (repatriat, suposo).

Ara mateix no estic en condicions de parlar gaire de costos, i ja veus que no n'he parlat. Em diu l'amic E. que l'etanol de blat de moro està subvencionat als EUA amb 51 cèntims de dòlar per galó, de manera que uns hipotètics costos excessius quedarien, en part, desfigurats amb aquesta subvenció. El rendiment per hectàrea és molt elevat als EUA (i Shapouri afirma que seguirà creixent), i en aquest sentit són competitius, però aquest rendiment s'aconsegueix, entre altres coses, a costa d'una fertilització intensa, que té costos energètics importants .

Pel que fa als transgènics, ja han entrat en massa a la producció de blat de moro als EUA, tot i que les variants modificades genèticament no estan específicament dissenyades per a optimitzar el rendiment d'etanol. No seré jo qui digui ara què es pot aconseguir o no en aquest camp.

Mus ha dit...

Gracias.

Sí, ando por España, pero por poco tiempo ya. Me regreso a América en un par de meses o tres, pero esta vez más al sur, a Centroamérica si todo va según lo previsto

Salutacions. :)