INGENIERÍA INDUSTRIAL: NUEVAS TENDENCIAS PROFESIONALES
El
proceso natural del efecto invernadero ha crecido debido a la emisión de gases
provenientes de actividades humanas,
tales como el consumo de mayores cantidades de combustible fósiles y el
abandono de residuos sin tratamientos específicos previos. El Grupo Intergubernamental de Expertos en
Cambios Climáticos (IPCC) ha concluido que el aumento de las
concentraciones de gases de efecto invernadero, son la causa del aumento de la
temperatura sobre la superficie de la tierra. Esta conclusión puede llegar a
extremos más críticos, en vista de una drástica demanda energética que se
provee de parte de los Países en Vías de Desarrollo (PVD).
Actualmente
la biomasa contribuye con el 12-15% en el abastecimiento mundial de energía, siendo el mayor utilizo
en los Países en Vías de Desarrollo (PVD), países en donde se encuentra
localizada la mayor presencia de biomasa del mundo.
El utilizo de biomasa en los
PVD, se realiza de manera no sostenible debido a que la materia prima principal
es la leña y esto aumenta la deforestación y desertificación. Pero el uso
comercial de la biomasa para la generación de calor, vapor o electricidad, está
basado en el utilizo de residuos agrícolas o forestales. Según los organismos mundiales
que se ocupan del tema, la biomasa tendrá un papel importante en el
abastecimiento futuro de energía, de acuerdo a los diferentes escenarios
energéticos. Su disponibilidad en grandes cantidades en forma de residuos a
bajo costo, y con eficientes sistemas técnicos de transformación, hace este
recurso económicamente atractivo, de manera que pueda competir con los
combustibles fósiles. La energía de biomasa o “bioenergìa” contribuirá
grandemente a la futura demanda mundial de energía, en el rango del 16-45% del
total. Desde este punto de vista, será necesario establecer programas
sostenibles de gestión de residuos
agrícolas y de cultivos energéticos dedicados, con características de bajo
consumo energético en su obtención y bajo costo. Si bien estas características
dependen de condiciones climáticas, del tipo de
suelo, y la disponibilidad de agua, se deben tener en cuenta
también otros factores fundamentales
como el desarrollo tecnológico de transformación de alta eficiencia.
En
el ámbito mundial se están llevando a cabo programas de desarrollo de
producción y utilizo de biomasa para la generación de calor y energía, a través
de nuevos sistemas energéticos. Es cierto que el interés en la bioenergìa varía
de acuerdo a las características de cada país, pero son justamente aquellos con
grandes potencialidades los que menos la
explotan. La energía total contenida en las reservas de biomasa, es igual a las
reservas comprobadas de los combustibles fósiles, el 90% de esta energía
biomásica se encuentra almacenada en los árboles. La Organización Mundial de la
Agricultura y la Alimentación (FAO) estima que 1 500 Mt/año de leña es
producida en los PVD para uso industrial y residencial. Pero este recurso no se regenera al mismo ritmo en la
cual viene cosechada, creando un desequilibrio en el sistema.
Un mercado exitoso para la bioenergìa dependerá de
la implantación de estrategias adecuadas en la gestión y protección de los
recursos. Se ha mencionado que la importancia de la biomasa como materia prima
en la producción de combustible, relacionada con la producción de alimentos
para el consumo humano, es primordial y fundamental, pero existe biomasa que se
ajusta a ambos conceptos, y en donde la relación alimento-energía puede ser una
ventaja si viene aplicada en modo sostenible.
Siendo
el Perú un país considerado en el grupo de PVD, es necesario mirar
detenidamente nuestra realidad y los potenciales con los que se cuenta de
manera que se puedan tomar medidas necesarias para afrontar decididamente
nuestro rol en la lucha por un mundo sostenible. Una manera de poder reducir
nuestras emisiones contaminantes, es tomando ventaja de las fuentes energéticas
renovables: gracias a nuestra posición geográfica y condiciones climáticas; y
de los residuos que se generan en los sectores industriales, para producir
energía, substituyendo el uso de combustibles fósiles. El Perú es un país
agrícola, y una de las principales actividades de la industria Peruana es el
cultivo y proceso de la caña de azúcar, cultivo que no solo provee azúcar sino
también energía. La industria de la caña de azúcar genera cada año grandes
cantidades de bagazo, que se utilizan para alimentar los calderos de los
ingenios para generar vapor de proceso y electricidad (típicamente en ciclos
térmicos de baja eficiencia). El bagazo
es reconocido como
un combustible renovable, que puede ser utilizado para producir cantidades
significantes de electricidad adicional, pero existe además otro combustible
biomàsico típico de la cultivación de la caña de azúcar, constituido por el
cogollo, hojas de caña verdes y secas; que son quemadas antes y después de la
cosecha. Estos residuos (a los que llamaremos barbojo) ofrecen una alternativa
sostenible como combustible por su importante contenido energético y su presencia
natural en el crecimiento de la caña, y sin necesidad de destinar otras áreas
de cultivo para su obtención. Su condición de biomasa residual, ofrece la
alternativa de ser utilizada como combustible en sistemas energéticos
sostenibles para producir nuevos vectores de energía, como es el caso del
hidrógeno.
La cultura de
quemar los campos de caña
Si dejamos de quemar los campos de caña, tal como ya lo
viene haciendo la empresa Laredo (Región La Libertad), se lograrían dos
objetivos: generar nueva materia prima a fines energéticos y mejorar las
condiciones de vida de la población vecina a los campos de cultivo. La quema de
campos de caña de azúcar produce una gran cantidad de cenizas, material que
contiene un alto contenido de sustancias tóxicas perjudiciales para la salud
humana. La actividad de quemar los campos de caña en Perú, emite al ambiente
gases de efecto invernadero que pueden ser evitados con un programa agrícola
sostenible. La quema del barbojo causa contaminación a través de la emisión de
residuos de carbón parcialmente combustionado y contribuye al calentamiento atmosférico
global, con altas cantidades de gases de efecto invernadero, nitrógeno,
sulfuros, además de reducir la protección y productividad de los suelos. El
barbojo es realmente un “combustible verde” (si se gestiona sosteniblemente), y
su utilizo para la generación de energía lo convierte en un combustible neutral
delante al problema Del calentamiento global. Y esto basado en el concepto: “el
utilizo de biomasa no comporta emisiones de gases de efecto invernadero, debido
a que restituye al ambiente la cantidad de CO2 que absorbió durante
su crecimiento”.
De acuerdo a datos de la Asociación Danesa de la Industria
Eólica que le atribuye un valor energético promedio a este tipo de biomasa, del
14,5 GJ/t, se puede establecer que una tonelada del barbojo tiene un valor
energético equivalente a 2,42 barriles de petróleo (dicho valor es bastante
cercano al obtenido por parte nuestra en la universidad), imaginemos entonces
la cantidad de combustible fósil substituida con beneficios económicos y
ambientales.
PORQUÉ HIDRÓGENO?
La solución inmediata al problema ambiental, consiste en
utilizar fuentes energèticas renovables no contaminantes. El petróleo continuará
a jugar un papel importante en la economía mundial, con especial énfasis en los
PVD, mientras los costos de instalar sistemas energéticos basadas en fuentes
energèticas renovables continúen a estabilizarse y hacerse competitivas.
Utilizar la biomasa parece ser la perspectiva más interesante para la producción
de energía en PVD, sobre todo si el tipo de biomasa a utilizar es un residuo, que no compromete la producción de alimentos o el utilizo de nuevos
terrenos a fines energéticos. Los efectos desastrosos del medio ambiente y estudios
especializados que prevé la disminución gradual y acelerada de los combustibles
fósiles, invita a proponer , desarrollar y utilizar sistemas energéticos
sostenibles : no contaminantes y que desarrollen nuevas economías basadas en el
nuevo vector energético: hidrógeno.
El concepto del hidrógeno,
como combustible del futuro, es una realidad por las características intrincas
del vector: poder calorífico alto y compatibilidad con el ambiente. Puede ser
producido de cualquier combustible fósil o renovable, con vapor de agua como
residuo si viene combustionado (excepto si se quema con aire, produce NxO) y no
produce ningún gas de efecto invernadero. Puede ser almacenado en forma
gaseosa, en forma líquida o en forma de hidruros de metal y pude ser transportado
a través de oleoductos o en naves cisternas. Puede ser combinado con otros combustibles:
gasolina, metanol, etanol, o gas natural; y reducir las emisiones de óxido de
nitrógeno hasta en un 40%. Las principales tecnologías para producir hidrógeno
son: electrólisis del agua, reforming de vapor de metano, oxidación parcial de
hidrocarburos, gasificación de carbón y gasificación y pirolisis de biomasa. La
potencial tecnología para una realidad como la nuestra es la producción de
hidrógeno a partir de la electrólisis del agua y gasificación de biomasa.
Tecnología para producir hidrógeno utilizando biomasa
Son
necesarios dos sistemas para generar hidrógeno de biomasa, un sistema que permita obtener el combustible en modo adecuado y un sistema que genere la energía del
combustible obtenido. Desde el
punto de vista de considerar la biomasa como fuente de energía cobra
importancia el poder utilizar un amplio rango de biomasa vegetal y también
residuos orgánicos como combustible en
procesos de conversión energética. El principal reto del aprovechamiento
energético de la biomasa es la producción de electricidad o la producción de
energía térmica y eléctrica (cogeneración) con una alta eficiencia eléctrica
utilizando motores, turbinas de gas o pilas a combustible. La experiencia y
pruebas llevadas a cabo nos ha mostrado que el potencial de un proceso como la
gasificación aplicado a la biomasa, está con mejoras en la eficiencia y altos
beneficios ambientales. La gasificación es un proceso de conversión térmica, capaza
de convertir materiales sólidos en gas combustible. Su principio básico, es
calentar el material biomàsico hasta romper la cadena entre sus componentes
orgánicos y su alto peso molecular, para descomponerlos en hidrocarbonos ligeros, como CO, hidrógeno, etc
. Este proceso presenta mayor eficiencia que la combustión directa de la
biomasa sólida. El utilizo del combustible para generar energía se realiza en
una “pila a combustible”. Las pilas a combustible o “fuel
cell”, convierten combustibles como el hidrógeno y el metanol en
electricidad, con eficiencias mayores y bajas emisiones, comparado con las máquinas
convencionales (turbinas a gas, motores de combustión). Las pilas a
combustible, a futuro, tienen mayor ventaja, en la conversión energética de biomasa,
y mejor aún en sistemas estacionarios de energía.
Sólo
en algunos países de la Unión Europea como Austria, Finlandia y Suecia y
Estados Unidos, donde la utilización de la biomasa tiene un considerable apoyo
económico por parte de programas nacionales, se usan cantidades importantes de
biomasa como combustible en sistemas de conversión energéticas, pero los nuevos
acuerdos del Protocolo de Kyoto, ha hecho que se haga extensivo la aplicación
de esta tecnología hacia los PVD. Las primeras experiencias positivas en países
del África y del Medio Oriente, han generado una gran expectativa en los
grandes organismos y sus programas de desarrollo (entre ellos, los programas
para América Latina) enfocados en la tarea de individuar proyectos energéticos
(sostenibles) con el utilizo de las nuevas tecnologías.
OPORTUNIDAD DE NUEVAS
TENDENCIAS PARA LA INGENIERÍA INDUSTRIAL
El Perú tiene que reformar su estructura
energética: del utilizo de combustibles fósiles a sistemas energéticos
sostenibles. Sin embargo, la promoción de utilizar combustibles menos
contaminantes para mejorar la calidad del ambiente, parece ser que será
iniciada con el utilizo del gas natural para proseguir en un mediano plazo con
fuentes energéticas renovables. Recordemos que la generación de electricidad
sobre la base de combustibles fósiles ha comenzado a enfrentar barreras de
criterio ambiental, y bajo este concepto, los mecanismos propuestos por el
Protocolo de Kyoto pueden contribuir a mejorar los programas de cogeneración en
el sector azucarero. La privatización del sector azucarero puede permitir a que
la situación sea del todo diferente, si son establecidas políticas energéticas
adecuadas para el sector.
Se puede generar mayores cantidades de
electricidad con sistemas tecnológicos eficientes y que ya son comercialmente
disponibles. El futuro de la bioenergìa no se
puede predecir, pero se puede decir que los combustibles biomásicos
existirán en grandes cantidades: residuos forestales o agroindustriales, lodos
y como residuos sólidos. El potencial global de los cultivos energéticos es
limitado debido al abastecimiento insuficiente de alimentos en determinados
PVD, pero si es posible el uso eficiente de residuos biomásicos para la
producción de energía. La selección de la tecnología tiene y debe tener en
consideración su impacto en el ambiente, no se trata solamente de “generar más
energía”, sino de establecer un balance entre un incremento de la eficiencia y
una reducción del impacto ambiental, con bajos costos y riesgos. Es cierto que
la biomasa, no es el último recurso para la generación de calor y energía. La
energía solar y eólica puede producir también los mismos resultados sin costo
de combustible o transporte y de modo completamente renovable, pero la variedad
de biomasa combinada con el know-how tecnológico existente, permitirá la
producción de bioenergìa con pocas modificaciones en los sistemas energéticos
existentes en los sectores industriales de los países en general.
Escenario Futuro del Hidrògeno en Perù
El
desarrollo y aplicaciòn de nuevos sistemas estacionarios de generaciòn de
combustible, es un importante precursor hacia un sistema de transporte en base
a este nuevo vector energètico, lo que permitirìa ir creando un espìritu de
acepatciòn en la poblaciòn y una
oportunidad para desarrollar y aplicar la
tecnologìa en menos tiempo. Las ciudades màs importantes del Perù estàn
ubicadas en la costa: Lima, Trujillo, Chiclayo, Arequipa y Chimbote; y son
clasificadas como ciudades con altas emisiones de CO2 debido a
actividades industriales , pero sobretodo al transporte. Dentro de las
actividades industriales, estan comprendidas los ingenios azucareros que queman
sus campos de caña de azùcar. La
industria azucarera Peruana, puede y debe
ser un importante contribuyente en la creaciòn de sistemas de producciòn
de hidrògeno, dentro de un marco “hidrògeno-fuentes renovables”, con un utilizo
sostenible del barbojo en centrales energèticas con sistemas “gasifier-fuel
cell”. Comenzando ahora la producciòón de hidrógeno del barbojo, en cada ingenio
azucarero y avanzando hacia una escala de aplicación en ciudad, se puede dar un
cambio real hacia una “economía Peruana basada en hidrógeno”: para satisfacer
demandas energéticas locales/regionales y su utilizo en el sector transporte,
de manera que se pueda iniciar una verdadera reducción de las emisiones de
gases de efecto invernadero. La ubicaciòn estratégica de los ingenios
azucareros a lo largo de la costa, permitiría crear una cadena de “estaciones
de servicio de hidrógeno” ( “fuel H2 – station” )
