Universidad Tecnológica de Tabasco División de Química área Tecnología Ambiental
Carrera: Ing. En Tecnología ambiental Asignatura: Producción Sustentable Facilitador: M.I.P.A. Santiago Mar Balderas Trabajo: Análisis de caso “Producción mas limpia”
Integrantes: Luis Iván Bautista González Jesús Ignacio Hernández Pérez Jorge Alberto Izquierdo Calderón Carolina Oramas Santos Carolina Citlati Salazar de la Cruz Cuatrimestre y Grupo: 2do B Fecha: 19 de Abril del 2014
INTRODUCCIÓN El biodiesel se encuentra en una etapa de expansión en el mundo el 81.5% de la producción de biocombustibles corresponde al ahorro energético y cumplimientos de los compromisos asumidos en el protocoló de Kyoto.
Se ha generado cierta controversia respecto al balance energético del biodiesel ya que muchos autores consideran que la energía consumida por el proceso e mayor a la energía final generada, sin embargo se pueden proponer alternativas de mejoras que nos ayuden a cambiar de idea.
El Análisis de Ciclo de Vida es una herramienta de gestión que evalúa de modo sistemático aspectos ambientales y los impactos potenciales de un producto, que genera durante todo su ciclo de vida, que comprende desde la adquisición de la materia y su disposición final.
El presente trabajo es un análisis de ciclo de vida del biodiesel a base de palma de aceite en la región sureste del país. El estudio demuestra la relación de impactos potenciales que genera cada actividad en el ciclo de vida del biodiesel. Y se plantean recomendaciones para un mejor aprovechamiento de recursos y una producción más limpia. El trabajo se basa en el paradigma “De la cuna a la cuna”.
PALMA DE ACEITE AFRICANA
La palma africana (Elaeis guineensis) es una planta de reciente introducción en el estado de Tabasco pero que en África, el lejano oriente y Centro y Sudamérica tienen décadas de estar recibiendo sus beneficios gracias a una adecuada explotación de su potencial. Su principal aportación al ser humano es el aceite que se obtiene de este cultivo, del cual se pueden obtener una serie de beneficios para la salud sin dejar de lado que podría convertirse en la oleaginosa número uno a nivel mundial, además de que terminaría con el déficit de aceites que existe actualmente en México.
ANTECEDENTES HISTORICOS
La Elaeis guineensis es originaria de la costa de Guinea en el oeste de África, desde donde fue introducido a otras partes de África, sureste de Asia y Latinoamérica. Hasta el siglo XV, la palma estuvo limitada al África occidental y central, región que resultaba muy peligrosa y en la cual ni siquiera los mercaderes más arriesgados se atrevían a entrar. Se cuenta que los primeros navegantes que visitaron aquellas tierras observaron que sus habitantes se alimentaban de los frutos de palma, además de extraer aceite. Existen indicios de que ésta ha sido utilizada con fines comestibles desde hace aproximadamente 5,000 años. Fue con el comercio de esclavos, que se inició con los viajes de los portugueses en el siglo XV, que la palma ingresa al continente Americano a través del norte de Brasil y se desarrolla detrás de la línea costera, donde solamente era usada por los esclavos africanos que conocían su valor y que seguramente fueron los responsables de su llegada a América. En África, la palma permaneció satisfaciendo las necesidades de aceite y vitamina A de los habitantes y a fines del siglo XVIII y comienzos del XIX entró al comercio mundial. Al suprimirse el tráfico de esclavos, el aceite de
palma comienza lentamente a surgir como un sustituto de los mismos en el comercio mundial A pesar de haber sido introducida entre los siglos XV y XVI, no es sino hasta el año de 1940 cuando las primeras plantaciones son establecidas en Honduras y Costa rica. Posteriormente se introdujo a Ecuador, Guatemala, Venezuela, Perú y México en 1952. En México, el cultivo se ha establecido esencialmente en la región sureste, siendo el estado de Tabasco el tercer productor a nivel nacional.
ANALISIS DE CICLO DE VIDA Definiciones Por Análisis de Ciclo de Vida (ACV) se entiende “el proceso objetivo dir igido hacia
la evaluación de cargas ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad. Para ello será necesario identificar y cuantificar el uso de materias, energía y vertidos al entorno, para determinar el impacto que ese uso de recursos y esos vertidos producen en el medio ambiente, para llevar a la práctica estrategias de mejora ambiental” (Fullana, Puig, 1997).
Según lo define la SETAC (Sociedad de Química y Toxicología Ambiental) el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) “Es un procedimiento de evalu ación de cargas
energéticas y ambientales correspondientes a un proceso o una actividad que se efectúa identificando los materiales y la energía utilizada y los descartes liberados en el ambiente natural. La evaluación se realiza en el ciclo de vida completo del proceso o actividad, incluyendo la extracción y tratamiento de la materia prima, la fabricación, el transporte, la distribución, el uso, el reciclado, la reutilización y el desecho final” (SETAC,1992).
De acuerdo a la norma internacional ISO 14040, un ACV es un ciclo interactivo de conocimiento y optimización que permite registrar y evaluar los efectos ambientales de las actividades humanas al producir un producto o servicio desde la extracción y adquisición de la materia prima, la producción y consumo de energía, hasta la disposición final. El “ACV” es una herramienta que permite:
Evaluar las cargas ambientales asociadas a un proceso (Producto o actividad) relacionadas con los efectos ambientales derivados del consumo de materias primas y energías necesarias para su manufactura, las
emisiones y residuos generados en el proceso de producción, así como los efectos ambientales ocasionados por el fin de vida del producto cuando este se consume o no se puede utilizar nuevamente.
Comparar ambientalmente dos o más alternativas de diseño.
Comparar ambientalmente distintos productos que realicen la misma función.
Los resultados del “ ACV” son útiles para:
Contar con un apoyo para la toma de decisiones.
Registrar los principales impactos ambientales.
Analizar los potenciales de optimización dentro de la planificación estratégica.
Investigar los factores que brindan una mayor contribución a los impactos ambientales.
Norma ISO 1400-2006 Las normas ISO 1400-2006 forman parte de un sistema de gestión medioambiental. Presentan un enfoqué que se puede aplicar para obtener como resultado final la conservación y protección del ambiente en su perspectiva más amplia. Es decir, permite mantener y promover la estabilidad de los recursos productivos que se utilizan y del medio que los rodea.
Además, al ser las normas ISO 1400 aceptadas internacionalmente como sistema de gestión ambiental que se enfoca en la mejora continua, y dado que son consistentes con elementos claves de muchos modelos de gestión ambiental, es necesario actuar conforme a ellas para incorporarse a los mercados internacionales.
METODOLOGIA ISO 1400-2006 PARA EL ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA De acuerdo a la normativa ISO 14040-2006 los estudios de ACV comprenden las siguientes fases que se presentan en la figura 1. Como se muestra a continuación.
Definición de los objetivos y alcance del ACV
Se definen los objetivos globales, la finalidad del estudio, el producto a estudiar, el destinatario previsto y el alcance del estudio. De acuerdo a los objetivos particulares el ACV pueden variar en cuanto a profundidad, tiempo y espacio.
Análisis de inventario del ciclo de vida (ICV)
Fase del análisis del ciclo de vida que implica la recopilación y la cuantificación de entradas y salidas para el sistema del producto a través de su ciclo de vida.
El cual comprende de la obtención de datos y los procedimientos de cálculos para cuantificar las entradas y las salidas relevantes a lo largo de la vida útil del producto. Se calculan los requerimientos energéticos y materiales del sistema, la eficiencia energética de sus componentes y las emisiones producidas a lo largo de todo el proceso.
Evaluación del Impacto del Ciclo de Vida (EICV)
Fase del análisis del ciclo de vida dirigida a conocer y evaluar la magnitud y cuán significativos son los impactos ambientales potenciales de un sistema del producto a través de todo el ciclo de vida.
En este apartado se evalúa la importancia de los impactos ambientales potenciales utilizando los resultados anteriores del análisis de inventario del ciclo de vida.
Interpretación del ciclo de vida
Fase del análisis del ciclo de vida en la que los hallazgos del análisis del inventario o del análisis del impacto, o de ambos, se evalúan en relación con el objetivo y el alcance definidos para llegar a conclusiones y recomendaciones.
MODELOS DE LA ISO 14040:2006 PARA EL “ACV”
De la cuna a la tumba
El modelo de la cuna a la tumba está dirigido a asegurar que los residuos generados sean controlados en todas las etapas de su ciclo de vida, desde el momento de su generación hasta su eliminación final.
De la cuna a la cuna
El modelo de la Cuna a la Cuna se trata de la aplicación al mundo de la producción industrial de la filosofía de la economía circular, donde se diseña para no producir residuos la cual plantea los cimientos de un nuevo diseño inteligente basado en cerrar el ciclo de vida de los productos, tal y como ocurre en la naturaleza. Dentro de este método de diseño, también se incluye la transformación de residuos en materiales más valiosos.
MARCO METODOLÓGICO PARA EL ANALISIS DEL CICLO DE VIDA DEL BIODIESEL DE LA PALMA AFRICANA ACEITERA Para el “ACV” del biodiesel a partir de aceite de palma se utilizó la metodología de
la normativa ISO 14040:2006 con el modelo de la cuna a la cuna.
OBJETIVO La intención de este análisis es esquematizar y compilar un inventario de las entradas y las salidas de importancia ambiental, que son relevantes dentro del sistema de producción de biodiesel a partir de aceite que palma, evaluando las cargas potenciales y analizando su vialidad ambiental haciendo uso de la herramienta del análisis del ciclo de vida con el paradigma de la cuna a la cuna; en donde se incluyen las etapas de los cultivos, procesos industriales (Extracción, Transesferificación) distribución y uso del biodiesel en una mezcla de B50 (50% Biodiesel
y 50% aceite de palma), así como su reintegración en el medio
ambiente.
Los resultados nos servirán como herramienta para dar propuestas de mejora en las etapas que tienen mayor impacto.
ALCANCE DEL ESTUDIO Límite del sistema del producto bajo estudio El análisis de ciclo de vida parte desde la etapa agrícola, la cual incluye la preparación del terreno posteriormente las plantaciones de palma africana, pasando por el cultivo, la cosecha de la palma, la etapa de extracción del aceite, la etapa de transesterificacion del aceite, la etapa de distribución y transporte, la etapa de uso energético y la etapa de reincorporación que cierra con el ciclo del carbono (que reincorporan las emisiones de CO2 vía fotosíntesis) de esta manera nuestro análisis es “de la cuna a la cuna” .
-Torta -Palmiste -Glicerina
En relación a la etapa agrícola, se incluyen dentro del sistema el uso e impacto de los plaguicidas y fertilizantes aplicados, así como el impacto directo debido al uso y cambio del suelo. Respecto a la etapa de extracción de aceite y producción de biodiesel, se considera la generación energía, la infraestructura, el uso de aditivos químicos y sus emisiones. Para la etapa de uso energético, se consideran las emisiones generadas por el consumo del biocombustible y los aspectos debidos a la producción y uso de un automóvil estándar y la etapa de reincorporación que incluye la interacción del ciclo del carbono.
Límites geográficos A continuación se muestran las fuentes informativas que se tomaron en cuenta en el ACV del biodiesel con relación a la etapa y su ubicación estatal.
UBICACIÓN
ETAPAS
FUENTE
AGRICOLA
Trabajo de investigación
Tabasco
2011 de la palma de aceite africana. “FPT”
EXTRACCIÓN
“FPT”
2011
Jalapa
Tabasco. TRANSCESTERIFICACIÓN Planta
de
transesterificación
Chiapas
de
Chiapas, México. DISTRIBUCIÓN USO
Plan Bioenergético de Chiapas,
en
municipios Tapachula Gutiérrez.
los de
y
Tuxtla
Requisitos relativos a los datos (Entrada) Los datos han sido recogidos de la investigación de la “Fundación Produce Tabasco A.C.” De las actividades productivas vinculadas. Se seleccionaron los
procesos cuya contribución a los flujos de masa y energía sean importantes y cuyas emisiones sean relevantes para el medio ambiente. Estos procesos son los incluidos en la producción agrícola de la palma, los procesos que se desarrollan en la extracción del aceite, la transformación del aceite de palma a biodiesel, y los procesos en la etapa de distribución y combustión de los combustibles en los motores.
Procedimientos de asignación (Salidas) Debido a que en las etapas: extracción de aceite de palma y transesterificacion del aceite, se obtienen varios productos diferentes (coproductos) se hace necesaria una regla se asignación de tal manera que distribuya los flujos de entrada o salida del proceso entre el sistema de producto y el coproducto. Para ello se utilizó el método de asignación másica la cual consiste en presentar las fracciones que hay en cada coproducto en el flujo total de salida del sistema. Para esto se tienen en cuenta que la metodología ISO 14040 lo toma como indispensable.
ANALISIS DE INVENTARIO ANALISIS DE INVENTARIO DE LA ETAPA “AGRÍCOLA” En la siguiente figura se muestra un esquema de las acciones contempladas en la etapa agrícola. Dentro de los límites del sistema se incluyen todas las fases labores agrícolas que se realizan en la adecuación del sitio y en el cultivo: Fertilizantes, Pesticidas, como también el transporte de los insumos agrícolas, la transformación y ocupación del suelo que en conjunto emiten compuestos no favorables a los factores: aire, suelo y agua.
En la etapa agrícola se tendrá una transformación del suelo puesto que se tiene que preparar el sitio con las adecuaciones necesarias para el cultivo de la palma de aceite. En esta etapa se tiene como actividad:
El desmonte y la limpieza
Consiste en el retiro de árboles, arbustos, rastrojos, malezas y, en general todo el material vegetal que haya en las áreas de siembra de la palma.
Esta actividad se lleva a cabo mediantes herramientas como; motosierras, tractores y retroexcavadoras, los cuales funcionan con diésel, esta sustancia es una de las principales causas de generación de gases del efecto invernadero como el dióxido de nitrógeno que causan una mayor contaminación y tienen efectos mayores en la salud humana. Las pequeñas partículas de los motores de diésel son muy peligrosas y pueden causar efectos a corto plazo, como dificultad en respirar, tos, así como problemas crónicos respiratorios y depositarse en los pulmones.
En esta actividad se obtienen productos durante el proceso, los cuales pueden ser reutilizados para minimizar el impacto de esta actividad. Estos desechos solo son generados una vez en todo el ciclo de vida.
RESIDUO GENERADO
Fustes
ESPECIFICACIÓN
USO
Son los trancos de los Utilizar los fustes como árboles, estos van desde fuente de madera para obra falsa, construcción la raíz, hasta donde de instalaciones comienzan las provisionales u obtención de postes para ramificaciones. construcción de cerco del cultivo y así evitar la compra de este material. Son las ramificaciones Sirven como fuente de madera para confección
Brazos
de los árboles, arbustos, de estacas, las cuales pueden servir de apoyo etc. en la etapa de crecimiento de la Palma.
Fertilización del suelo
El uso de fertilizantes se ha vuelto indispensable para la industria agrícola para así poder aumentar el rendimiento de los cultivos y tener una mayor producción, en menor tiempo y menor espacio. El proceso de fertilización da paso a “la nutrición vegetal” es el proceso mediante el cual la planta absorbe de l medio que le rodea
las sustancias que son necesarias para desarrollarse y crecer, estas sustancias pueden encontrarse de forma natural, pero hablando en términos agrícolas se hace referencia a la introducción de los fertilizantes necesarios para un mejor desarrollo de la planta.
Para garantizar la nutrición de los cultivos y asegurar sus rendimientos de cantidad y calidad se suelen emplear fertilizantes, los cuales varían dependiendo las exigencias de cada especie, en el caso de la palma de aceite y su incremento en la eficiencia de la producción son esenciales:
Urea
Superfosfato triple
Cloruro de potasio
Sulfato de magnesio
Sal
A continuación se presenta una tabla que describe los efectos que tiene cada uno de los fertilizantes cuando se emplea de una forma excesiva, cabe destacar que estos fertilizantes pueden cambiar dependiendo el tipo de suelo y el grado de
fertilización natural que estos tengan, un factor muy importante es la ubicación geográfica donde se encuentren los cultivos.
NOMBRE DEL
EFECTOS NEGATIVOS
SIMILITUD
FERTILIZANTE Promueven
la
Debido a la estructura molecular idéntica de la urea, bacterias y plantas se cofunden contaminación y la toman como fuente de alimento. Debido a que la urea es una fuente mucho más del
agua,
concentrada de nitrógeno, las bacterias no se alimentan, realmente se destruyen y aumento ya no pueden ser utilizadas por las plantas.
un
de la
eutrofización con la cual se general
Con la muerte de estas bacterias se afecta directamente a los ciclo biogeoquímico simultáneamente a e r U
teniendo como resultado de largo plazo un cambio de clima en la región.
emisiones CO2
de gas
El carbono en los abonos a base de urea, se convierte en CO 2 del cual el 50% se principal
del
pierde en la atmósfera por acción de la evaporación y posteriormente puede ser calentamiento depositado nuevamente en el suelo y agua mediante la lluvia acida, el otro 50% es global, retenido en el suelo, que por medio de sedimentación y/o escorrentía llegan a los generación mantos acuíferos provocando a afectaciones a otros sistemas.
de
malos olores y perdida paisaje.
del
Tiene la cualidad de acidificar el medio puesto que no puede ser sintetizado por el
e l p i r t o t a f s o f r e p u S
o r u r e o d l C
medio ambiente, por lo tanto es un compuesto bioacumulable y persistente. Disminuye el DBO así mismo disminuye la cantidad de microorganismos esencias para el suelo interrumpiendo el proceso de los ciclos biogeoquímicos.
o i s a t o p
Incrementa la salinidad del suelo y los requerimientos de agua cada vez son más grandes en los cultivos donde se utilizan estos fertilizantes. El exceso de este fertilizante a largo plazo hace que los suelo tengan poca aireación, cuando los niveles son muy altos las plantas lo absorben en cantidades
o i s e n g a m e d o t a f l u S
superiores de acuerdo a sus necesidades, alcanzando diversos grados de toxicidad. Tiene la tendencia de sulfatar los suelo cuando esto sucede se liberan algunos metales pesados en el suelo, causando gran variedad de impactos cuando se dispersa, tales como, muerte de vegetación colindante, filtración en el agua subterránea con posterior acidificación de la misma, mortandad de peces y otros organismos acuáticos.
Un desequilibrio en la composición de las sales en el suelo puede resultar en una competencia perjudicial entre los elementos, donde un exceso de un ion limita la absorción de otros iones. La planta tiende asimilar de forma más rápida y en mayores cantidades las sales, desplazando a los demás nutrientes esenciales. s e l a S
La agregación de las partículas del suelo se reduce. Su permeabilidad se reduce drásticamente y, por tanto, la capacidad de infiltración de agua se reduce también. Las sales pueden desplazarse y llegar a los mantos acuíferos el cual se verá modificado ya que estas tienen a cambiar el pH.
Aplicación de pesticidas
Los plaguicidas son utilizados con el fin de controlar las plagas, las cuales causan perjuicio e interfieren con la producción. Los pesticidas mayormente aplicados al cultivo de palma aceitera se muestran en la siguiente tabla mostrando además los efectos negativos que tiene cada uno de ellos.
PESTICIDA
Carbaryl
EFECTO
Es
poco
tóxico
SIMILITUD
para
peces
e
invertebrados acuáticos, pero sí lo es para numerosos insectos y otros
Persistentes
artrópodos silvestres. Bioacumulables
Se descompone por efecto del sol y de las
bacterias,
más
sin
embargo
recordemos que el uso excesivo de los fertilizantes microbiana
inhibe
la
alterando
actividad de
forma
negativa el proceso.
Su vida media en suelos franco arcillosos es de 14 a 28 días.
Tiende a bioacumularse en los peces, y a magnificarse mediante la cadena trófica
hasta
llegar
a
los
seres
humanos y sus efectos negativos en el son principalmente en: los pulmones,
Cancerigenos
el hígado y los riñones.
Bernomyl
Es persistente en el medio ambiente. Se
fija
con
fuerza
al
suelo
y
prácticamente no se disuelve en agua. La vida media es de seis a 12 meses.
En el suelo muestra baja movilidad y no se volatiliza, no es biodegradable en el suelo ni en el agua.
Es muy toxico para la vida acuática.
Es
uno
de
los
12
compuestos
relacionados con el 98% de los casos de cáncer de origen químico en EUA.
Tiene a producir malformaciones en los fetos de mujeres embarazadas, leucemia infantil y dermatitis (este último por contacto).
El inventario en la etapa agrícola para la obtención de un kilogramo de racimo de frutos fresco (RFF) de palma de aceite se muestra en la siguiente ilustración, en este se detallan las entradas y salidas del sistema que fueron descritas anteriormente.
Extraccion de aceite de la palma aceitera El proceso industrial de extracción del aceite de palma usualmente es realizado en plantas extractoras descentralizadas debido a que los frutos de la palma se deterioran muy fácilmente y, por lo tanto, no pueden ser transportados por grandes distancias. Así que, generalmente, las plantas extractoras se encuentran muy cerca de las áreas de cosecha del fruto (Bockish, 1998). La recepción del fruto es un paso no considerado dentro de la extracción, pero es primordial para la calidad final del aceite crudo resultante y que consiste en recibir el fruto cosechado y transportado de la plantación a la planta extractora.
De acuerdo a los datos consultados la etapa de crecimiento dura 5 años y el periodo productivo se estima a 25 años, repitiéndose este ciclo 2 veces.
ANÁLISIS DE INVENTARIO DE LA ETAPA “EXTRACCION DEL ACEITE”
Dentro de los límites del sistema de extracción de aceite se incluyeron los procesos necesarios en cada proceso para llevar acabo la extracción del aceite de palma: procesos de producción de diésel y energía, como también el transporte de las materias primas: Racimos de Frutos Frescos (RFF). Las salidas de este sistema consideradas para el cálculo de las emisiones generadas a la atmosfera y al agua fueron la cantidad de agua requerida en los procesos de esterilización y digestión dentro del proceso de extracción, así como la cantidad promedio del efluente dentro del proceso de extracción, así como la cantidad promedio de efluentes que se producen y las emisiones promedio de los gases de chimenea de la caldera. De la misma manera se obtuvieron los datos de energía requerida para el desarrollo del proceso.
Para esta etapa se consideró únicamente como mecanismo de extracción el prensado, ya que en Jalapa, lugar donde se realizó la obtención de datos en 2011 por la Fundación Promueve Tabasco A. C., solo utilizan este proceso como método de extracción.
Así mismo gracias a los datos suministrados por las extractoras de aceite de la región a FPT, se pudo conocer la cantidad promedio real de agua requerida en las etapas de esterilización y digestión dentro del proceso de extracción, así como la cantidad promedio de efluentes que se producen y las emisiones promedio de los gases de chimenea de la caldera. De la misma manera se obtuvieron los datos de energía requerida para el desarrollo del proceso.
La distancia que se manejó para el transporte de los RFF, la cual fue desde el lugar de los cultivos hasta el lugar donde se extrae el aceite, con un promedio de 20 km, considerando el traslado en camiones con capacidad de 15.5 Toneladas.
Nota: El traslado de la semilla a la fábrica de extracción debe ser corto, puesto que la semilla de la palma de aceite tiene compuestos toxico que al friccionarse es liberado dejando inservible la semilla.
Procedimiento del prensado para la extracción del aceite Para la etapa de extracción se usó el mecanismo de prensado el cual se puede sintetizar en las siguientes operaciones:
1. Esterilización. Esta operación tiene lugar en las autoclaves y se utiliza vapor como vehículo de calor. La principal finalidad de este tratamiento es la inactivación de las enzimas lipolíticas que causan la descomposición del aceite (desdoblamiento de enlaces y producción de ácidos grasos libres). Propiamente no es un proceso de esterilización, pero es el término que se emplea en el proceso. 2. Desfrutamiento. El objetivo fundamental en esta operación es remover todas las frutas del racimo o raquis. La velocidad del tambor del desfrutador debe mantenerse baja para lograr una mayor energía de choque por caída libre de los racimos haciendo que se desprendan las frutas. En esta operación puede evaluarse la eficiencia de la esterilización por la cantidad de fruto que quede en el raquis.
3. Prensado: El objetivo es desprender el pericarpio de la fruta para dejar físicamente expuesta la pulpa y romper las células aceitosas del
mesocarpio, para liberar el aceite. Ese procedimiento es realizado a través de máquinas de maquinaria hidráulica que emplea la fuerza del agua para ejercer presión sobre la pulpa y extraer el aceite de las mismas.
4. Clarificación. El objetivo de esta operación es la de remover el agua y las impurezas del aceite para darle un acabado limpio y seco para su comercialización. A diferencia de otros métodos de clarificación, en los cuales se utilizan grandes cantidades de agua caliente, el licor proveniente del prensado pasa directamente a una centrifuga en donde se separan la mayor cantidad de lodos y desechos sólidos.
Prensado
Esterilización
Extracción
Clarificación
Torta Palmiste
Los datos de las emisiones generadas a la atmosfera y al agua durante la etapa de extracción del aceite se encuentran en las siguientes tablas. Emisiones a la atmosfera (KG)
Efectos negativos
Hidrocarburos
5.06
Estas emisiones de gases contribuyen al efecto
CO
1.78
invernadero.
NO2
1.69
PM10
4.55
Estos gases atrapan el calor radiante en la
SO2
5.17
superficie de la Tierra, haciendo que la
CH4
1.15
temperatura aumente. Las emisiones también
N2O
8.57
crean ozono, que tiene profundos efectos en
CO2
3.36
las plantas.
HCL
4.51
HL
5.63
En el ser humano están ligados a la
NH3
3.06
disminución de la función pulmonar y aumentos en los ataques cardíaco.
Emisiones al agua (KG)
Efectos negativos
BDO
2.47
Mortalidad de los peces, envenenamiento de
Metales
2.09
ganado,
Amonia
9.97
acumulaciones en el sedimento de peces y
Nitratos
3.72
moluscos.
mortalidad
de
plancton,
La siguiente tabla muestra los gastos energéticos utilizados durante el proceso. Gasto energético (MJ) Energía primaria
2.47
Energía Fósil
1.35
Asignación Másica Por cada Kg de racimo de fruta fresca (RFF) se generan 0.2 kg de aceite de palma y coporoductos tales como; 0.02 kg de palmiste y 0.002kg de torta.
Con el fin de minorizar los impactos en esta etapa, se le puede dar un uso positivo a los residuos generados durante el proceso, los cuales se establecen en la tabla que se muestra a continuación. RESIDUOS GENERADO ESPECIFICACION USO Aceite graso, de color Vinculación para uso Palmiste amarillo rojizo, el cual como aceite vegetal puede ser comestible si se comestible. Torta
la aplica el tratamiento necesario. Fibra de la semilla que fue Alternativa en la sometida al proceso de alimentación de cerdos. prensado.
ANÁLISIS
DE
INVENTARIO
DE
LA
ETAPA
“TRANSESTERIFICACION DEL ACEITE”
Dentro de los límites del sistema se incluyeron los procesos necesarios para llevar acabo la transesterificacion del aceite de palma. Las emisiones en los procesos de producción de energía, así como también el trasporte de las materias primas: Metanol y NaOH, fueron considerados. La planta transesterificadora tiene una producción anual de 80. 000 toneladas de biodiesel recorriendo una distancia de 220km. A continuación se muestra un esquema de las diferentes etapas y procesos que se analizaron en la transesterificacion del aceite de palma para la obtención de biodiesel.
Procedimiento de transesterificación La transesterificación es un proceso químico a través del cual aceites se combinan con alcohol (etanol o metanol) para generar una reacción que produce ésteres grasos como el etil o metilo ester. Estos pueden ser mezclados con diésel o usados directamente como combustibles en motores comunes.
Cuando se introdujo el concepto de biodiesel como combustible alternativo se adoptó para su obtención la misma técnica empleada en la industria oleoquimica para la producción de metilester. Los metilester con fabricados bien sean por transesterificacion directa de los ácidos grasos o por la transesterificacion de los glicéridos. El proceso de transesterificacion de las grasas o aceites se lleva a cabo a una temperatura entre 200 y 250°C bajo presión.
El aceite de palma crudo, el cual contiene ácidos grasos libres en diferentes porcentajes, se mezcla por fuera del reactor con el metanol, La mezcla se alimenta continuamente a la zona de esterificación, que consiste en un reactor de lecho fluido que se llena con catalizador sólido. La temperatura de la esterificación se mantiene a 80 +,- 5°C y la presión de la reacción de mantiene a 3 bar. Después de la esterificación, el contenido del reactor se bombea a la zona de transesterificacion, que consta de dos tanques reactores con agitador ubicados en serie. . La reacción de transesterificacion se realiza a una temperatura cercana a los 70 +,- 5°C (Temperatura aproximada de ebullición del metanol).
Para la segunda fase de la reacción se adicionan pequeñas cantidades de catalizador, dando lugar a que la reacción se complete casi en 98%.
La glicerina obtenida durante la fase de reacción se divide nuevamente en un segundo separador. Al metanol presente en la glicerina de la primera y segunda fase de la reacción se le realiza un proceso de evaporacion y purificación para su reutilizacion. El metilester contiene exceso de metanol, el cual se bombea atravez de un intercambio de calor (sistema de reflujo). Se evapora todo el metanol del metilester y el resto es recuperado en esta fase, se somete a un proceso de purificacion para posteriores usos. Los metilesteres son bombeados a la sección para la purificacion del metilester. Todas impurezas son remocidas por diversas fases de lavodo en agua. Las impurezas del metilester se suelen retirar mediante lavados intermedios con agua.
A continuación se presentan salidas que se obtuvieron durante todo el proceso englobándolos en emisiones al aire, agua y gasto energético.
Emisiones a la atmosfera (KG)
Efectos Negativos
Hidrocarburos
8.88
CO
9.91
Estas emisiones de gases contribuyen
NO2
8.56
al efecto invernadero.
PM10
9.280
SO2
8.56
Estos gases atrapan el calor radiante en
CH4
9.25
la superficie de la Tierra, haciendo que
N2O
8.36
la temperatura aumente. Las emisiones
CO2
8.29
también
HCL
5.37
profundos efectos en las plantas.
HL
8.47
NH3
9.88
Emisiones al agua (KG)
crean
ozono,
que
tiene
Efectos Negativos
BDO
5.82
Mortalidad
de
los
Metales
4.93
envenenamiento de ganado, mortalidad
Amonia
8.65
de plancton, acumulaciones en el
Nitratos
9.64
sedimento de peces y moluscos.
Gasto energético (MJ) Energía primaria
5.65
Energía Fósil
5.63
peces,
Asignación másica Se tuvo en cuenta la asignación másica ya que durante la etapa de transesterificación del aceite de palma para la obtención de biodiesel ocurren reacciones las cuales genera un subproducto: la glicerina.
Residuo Generado
Reutilización En la industria cosmetiquera, o para la
Glicerina
fabricación de jabones.
ANÁLISIS DE INVENTARIO DE LA ETAPA “DISTRIBUCION DEL BIODIESEL”
El biodiesel es transportado en carros con tanques de capacidades de 15,000 L recorriendo una distancia de: 339 km, desde la planta de transesterificacion hasta los municipios de Tapachula y Tuxtla Gutiérrez. Las emisiones producidas por la mezcla de biocombustible B50 fueron calculadas a partir de algunos ejemplos y pruebas realizadas en estudios; como el realizado en EPA, 2002 y el CIEMAT, 2006. A continuación se presentan los datos recopilados en esta etapa presentándolos en emisiones al aire y gasto energético. Emisiones a la atmosfera (KG)
Efectos Negativos
Hidrocarburos
3.59
CO
1.16
NO2
1.97
Estas emisiones de gases contribuyen al efecto
PM10
2.95
invernadero.
SO2
7.63
CH4
1.59
Estos gases atrapan el calor radiante en la superficie
N2O
9.92
de la Tierra, haciendo que la temperatura aumente.
CO2
1.59
Las emisiones también crean ozono, que tiene
HCL
3.39
profundos efectos en las plantas.
HL
8.31
NH3
1.84
Gasto energético (MJ) Energía primaria
9.41
Energía Fósil
9.40
ANÁLISIS DE INVENTARIO DE LA ETAPA “USO DEL BIODIESEL”
Los motores de diésel hoy en día requieren de un combustible que sea más limpio al quemarlo, además, de permanecer estable bajo las distintas condiciones en las que se opera. El biodiesel es el único combustible alternativo que puede usarse directamente en cualquier motor de diésel, sin ser necesario ningún tipo de modificación. Como sus propiedades son similares al combustible diésel de petróleo, se pueden mezclar ambos en cualquier proporción, sin ningún tipo de problemas.
Ventajas del uso de biodiesel El biodiesel presenta una larga variedad de ventajas, como son:
No requiere mayores modificaciones para su uso en motores comunes.
Es obtenido a partir de aceites vegetales, totalmente renovables.
Permite a países al país independizarse de lo producción del a base de petróleo.
Tiene gran poder de lubricación y minimiza el desgaste del motor.
Presenta un menor nivel de emisiones gaseosas al momento de la combustión.
No contiene azufre y permite el uso de catalizadores.
Los proyectos de inversión asociados son una buena fuente de empleos.
No produce malos olores.
Posee efectos positivos a la salud, ya que reduce compuestos cancerígenos.
Posee gran biodegradabilidad, en el agua tiene la capacidad de degradarse en 15 días, y atreves de las emisiones se reincorpora al medio ambiente por
medio de la fotosíntesis en el ciclo del carbono. Cumpliendo así, el paradigma “de la cuna a la cuna”.
Ciclo del carbono
La biomasa es la única fuente de energía disponible en la Tierra que se está produciendo continuamente, sin que se agote. Durante la fotosíntesis, las plantas producen carbono orgánico mediante la fijación del CO2 atmosférico responsable del efecto invernadero ( GEI, Gas de Efecto Invernadero ) y la captación de la energía solar. Y por ello se suele decir que los biocombustibles son unas “energías limpias y renovables”, porque al contrario de los combustibles fósiles que tienen un gran impacto medioambiental en lo que se refiere a la emisión de GEI, la biomasa tiene un impacto neutro: el CO2 que emite ya lo había consumido antes para generar su propia energía facilitando el proceso.
METODOLOGÍA DE LA EVALUACIÓN DE IMPACTO DE CICLO DE VIDA DEL BIODIESEL . Las categorías que se evalúan en este estudio se clasifican en: factor biótico, abiótico y social, las cuales se estiman a partir de la Metodología de la Agencia Alemana de Protección Ambiental, donde se emplean los criterios siguientes: a. Carácter del impacto (Cl): se refiere al efecto beneficioso (+) o perjudicial (-) de las diferentes acciones que van a incidir sobre los factores ambientales considerados. b. Intensidad del impacto (I): representa la cuantía o el grado de incidencia de la acción sobre el factor en el ámbito específico en que actúa. c. Extensión del impacto (EX): se refiere al área de influencia teórica del impacto en relación con el entorno del proyecto.
d. Sinergia (SI): este criterio contempla el reforzamiento de dos o más efectos simples, pudiéndose generar efectos sucesivos y relacionados que acentúan las consecuencias del impacto analizado. e. Persistencia (PE): refleja el tiempo en que supuestamente permanecería el efecto desde su aparición. f. Efecto (EF): se interpreta como la forma de manifestación del efecto sobre el factor ambiental, como consecuencia de una acción, o lo que es lo mismo, expresa la relación causa-efecto. g. Momento del impacto (MO): alude al tiempo que transcurre entre la acción y el comienzo del efecto sobre el factor ambiental. h. Acumulación (AC): este criterio o atributo da idea del incremento progresivo de la manifestación del efecto cuando persiste de forma continua o reiterada la acción que lo genera. i. Recuperabilidad (MC): se refiere a la posibilidad de reconstrucción total o parcial del factor ambiental afectado como consecuencia del proyecto.
j. Reversibilidad (RV): hace referencia al efecto en que la alteración puede ser asimilada por el entorno (de forma medible a corto, mediano o largo plazo) debido al funcionamiento de los procesos naturales; es decir la posibilidad de retornar a las condiciones iníciales previas a la acción por medios naturales. k. Periodicidad (PR): se refiere a la regularidad de manifestación del efecto. La valoración cuantitativa del impacto, importancia del efecto (IM), se obtiene a partir de la valoración cuantitativa de los criterios explicados anteriormente y su expresión es la siguiente: IM = 3(I) + 2(EX) + SI + PE + EF + MO + AC + MC + RV + PR Una vez obtenida la valoración cuantitativa de la im portancia del efecto se procede a la clasificación del impacto ambiental, partiendo del análisis del rango de la variación del mencionado (IM). Si el valor es menor o igual que 25 se clasifica como COMPATIBLE (CO), si su valor es mayor que 25 y menor o igual que 50 se clasifica como MODERADO (M), cuando el valor obtenido sea mayor que 50 pero menor o igual que 75, entonces la clasificación del impacto ambiental es SEVERO (S), y por ultimo cuando se obtiene un valor mayor que 75 la clasificación asignada es de CRITICO (C).
Para la valoración de los impactos ambientales se emplearon los siguientes indicadores:
a. Carácter del impacto (CI) (+) Positivo (-) Negativo (X) Previsto
b. Intensidad (I)
(1) Baja (2) Media (4) Alta (8) Muy alta (12) Total
c. Extensión (EX) (1) Puntual (2) Parcial (4) Extenso (8) Total (+4) Crítico (el impacto se produce en una situación crítica; se atribuye un valor de +4 por encima del valor que le correspondía) d. Sinergia (SI) (1) No sinérgico (2) Sinérgico (4) Muy sinérgico
e. Persistencia (PE) (1) Fugaz (<1 año) (2) Temporal (1 a 10 años) (4) Permanente (>10 años)
f. Efecto (EF) (D) Directo o primario (I) Indirecto o secundario
g. Momento del impacto (MO) (1) Largo plazo (2) Mediano Plazo (4) Corto plazo (+4) Crítico, si ocurriera alguna circunstancia crítica en el momento del impacto se adicionan cuatro unidades
h. Acumulación (AC) (1)Simple (4) Acumulativo
i. Recuperabilidad (MC) (1) Recuperable de inmediato (2) Recuperable a mediano plazo (4) Mitigable (8) Irrecuperable
j. Reversibilidad (RV) (1) Corto plazo (2) Mediano plazo (4) Irreversible
k. Periodicidad (PR) (1) Irregular (2) Periódica (4) Continua
E T N E N O P M
L A T N E I B M A R O T C A F
O T C A P M I
L E D O R T E C T A C P Á M I R A C
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58
SEVERO
Desmonte del área de siembra e introducción de una nueva O C I T O I B
A especie. R O L Cercado y limitación del cultivo de palma de aceite. F
Migración de especies de manera temporal en la fase de A adecuación del sitio y desmonte durante la etapa agrícola. N U A Mortandad de peces durante la etapa agrícola en la fase de F
aplicación de pesticidas y fertilizantes en exceso.
E T N E N O P M O C
L A T N E I B M A R O T C A F
O T C A P M I
Incremento del pH por la aplicación de Fertilizantes.
O L E U S
O C I T O I B A E R I A
A U G A
Mortalidad de bacterias esenciales para los ciclos biogeoquímica por la aplicación del SFT Contaminación del suelo por compuestos bioacumulables, tóxicos, con tendencia a biomagnificación debido a la aplicación de plaguicidas. Disminución de la calidad del suelo a causa del uso de Fertilizantes y pesticidas. Emisiones a la atmosfera por medio de la maquinaria utilizada en el acondicionamiento del terreno para el cultivo. Emisiones a la atmosfera por medio de la evaporación de fertilizantes y plaguicidas aplicados durante la adecuación del terreno. Emisiones a la atmosfera por medio de los gases generados en la eutrofización por acción de los fertilizantes y plaguicidas. Emisiones a la atmosfera generadas durante el proceso de extracción del aceite de palma. Emisiones a la atmosfera por medio del transporte del aceite crudo a la planta de transesferificación. Emisiones a la atmosfera por medio de la conversión del aceite crudo al biodiesel. Emisiones a la atmosfera por medio del transporte del biodiesel al centro de distribución. Arrastre de contaminantes a mantos acuíferos en la fase de adecuación de terreno (Aplicación de Fertilizantes). Arrastre de contaminantes a mantos acuíferos en la fase de adecuación de terreno (Aplicación de Pesticidas).
L E D O R T E C T A C P Á M R I A C
D A D I S N E T N I
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A I G R E N I S
A I C N E T S I S R E P
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L E D A I O C T N C A E T F R E O P M I
IM 38 57
57
57
51
63
42
51 51 45 33 65 65
IMPORTANCIA DEL EFECTO MODERADO SEVERO
SEVERO
SEVERO
SEVERO
SEVERO
MODERADO
SEVERO SEVERO MODERADO MODERADO SEVERO SEVERO
Descargas de aguas residuales del proceso de extracción del aceite. Descargas de aguas residuales del proceso de transesterificación del aceite a biodiesel.
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M C A R
E T N E N O P M O C
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L A I C O S L A N O I C A L B O P
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IMPORTANCIA DEL EFECTO
Modificación del paisaje local por el cambio de usos de suelo.
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Generación de malos olores eutrofización de las aguas.
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MODERADO
por
medio
de
la
Alteración en el sistema de vida de la población aledaña existente, en etapa de preparación del sitio y cultivo y generación de ruido. Generación de empleos directos temporales para la población local, durante la preparación del sitio en la fase agrícola. Plusvalía en empresas.
predios aledaños al
colindar con las
Generación de empleos directos para la población local, durante la operación.
INTERPRETACION DE RESULTADOS
De acuerdo a los datos obtenidos atreves del Método Alemán para la Evaluación de Impacto Ambiental se tiene que el facto abiótico es el más afectado puesto que la mayoría de sus impacto están en la categoría de DAÑOS SEVEROS. En segundo lugar tenemos el factor biótico ya que el 75% de los impactos se encuentran en la categoría de SEVEROS, y con menores impactos negativos se encuentra el factor social ya que este se ve beneficiado en gran parte por la generación de empleos, temporales y permanentes, mejorando la economía de las poblaciones aledañas y los impactos negativos generados en este son la pérdida del paisaje catalogado como daño MODERADO.
De acuerdo a la norma ISO 14040 se tiene que evaluar los impactos considerados como más relevantes; estos pueden ser:
La matriz alemana para la evaluación de impactos ambientales nos ayudó a identificarlos impactos más significativos los cuales fueron: La aplicación de fertilizantes y pesticidas, su deposición en el factor agua por medio de escorrentía y sedimentación, así como las emisiones generadas las cuales se llevan a cabo mediante la evaporación, con esto se entiende que producen gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global e incidencia en la capa de ozono, la acidificación en el medio terrestre y marino a causa del abuzo de los mismos, así como también la eutrofización, la contaminación del aire por partículas debido al uso diésel en algunos procesos para el transporte de la materia prima y la generación de metales pesados en el agua y suelo por el uso de los fertilizantes y los pesticidas.
RECOMENDACIONES Y PROPUESTAS DE MEJORA DE MEJORA AL PROCESO De acuerdo a los resultados obtenidos se decidió dividir las alternativas de mejora en alternativas indirectas y alternativas directas, la primera va enfocada hacia la reutilización de los coproductos obtenidos durante el ciclo de vida del producto, y la segunda enfatiza en la mejora de los procesos de algunas fases para minimizar sus emisiones. A continuación se describe de manera detalla las alternativas propuestas.
Indirecta: Consiste en un parque eco industrial los cuales integran soluciones técnicas, financieras y logísticas diseñadas para minimizar el impacto ambiental del conglomerado industrial. Permitiendo además, que las comunidades locales se beneficien del aprovechamiento de recursos derivados de sus actividades industriales.
El parque eco-industrial consiste en la interacción de empresas:
Planta de tratamiento de aguas residuales.
Planta de extracción de aceite de palma.
Fábrica de alimentos para cerdos.
Planta de transesterificación.
Una empresa que elabore productos de belleza.
Una fábrica de aceite comestible.
Cultivo de palma de aceite.
Los cuales harán un intercambio de “residuos” que son tomados como materia
prima utilizados durante los procesos de operación.
La planta de producción de alimento para cerdo extrae su materia prima de la planta extractora de aceite, puesto que esta genera la torta de fibra de semillas y la planta extractora de aceite envía el palmiste obtenido a una productora de aceite para consumo humano, la fábrica de aceite genera glicerina en su proceso al igual que la planta de transesterificación, estas envían su subproducto a la fábrica cosmetiquera, la planta de tratamiento de aguas hace conexión con todas la fabricas al recibir sus aguas residuales que al darles tratamiento genera lodos residuales los cuales pueden ser finalmente utilizado en el cultivo de la palma de aceite.
MODELO PARQUE ECOINDUSTRIAL Glicerina
Aguas T.
Lodos
Torta Palmiste
Alternativas Directas Son las medidas que se recomiendan tomar durante el proceso de cada fase, tales como:
Minimizar el uso de fertilizantes, con la implementación de los biosolidos como método de fertilización del suelo, puesto que ellos están sujetos a los niveles de concentración de los parámetros de patógenos, parásitos y metales pesados, según NOM-004-SEMARNAT-2002. Varios estudios en México y en el mundo demuestran que el uso de los Biosolidos residuales en los cultivos incrementa el rendimiento.
Es importante destacar que el uso de estos lodos modifica las propiedades físicoquímicas y biológicas del suelo:
Aumenta la retención del agua.
Mejora la estructura.
Aporta macronutrientes (N, P y K) los cuales son los más exigidos en el cultivo de la palma de aceite en el Estado de Tabasco. Los fertilizantes actualmente empleados están reforzados con estos nutrientes.
Incrementa los micronutrientes (Fe, S, Mo, Al, Ca, Mg y Zn) de manera prolongada, dándole más fertilidad.
Incrementa la M.O.
Aumenta la actividad microbiana y
Ayuda a disminuir la contaminación por agroquímicos.
La segunda propuesta es en la etapa de extracción del aceite: El cual consiste en la implementación de un método novedoso para la obtención del aceite crudo de palma desarrollado por la compañía Insta Pro International
(USA). Este método combina el prensado con aspas y la acción de centrifugado a baja velocidad, resultando en una mayor eficiencia de extracción ya que en la fibra queda <1% de aceite del aceite crudo, lo cual es muy aceptable. Con la implementación de este nuevo método se tiene la ventaja de que no se utilizan grandes cantidades de agua, como sucede con los otros tipos de extracción, disminuyendo considerablemente la cantidad de efluentes del proceso y por lo tanto, la contaminación de los mantos acuíferos y el medio ambiente.
CONCLUCIONES La mayor parte del impacto es generado para la producción de biodiesel de palma de aceite, se presenta en la etapa agrícola en las fases de
aplicación de
plaguicidas y fertilizantes, además de encontrar que el rendimiento del cultivo para el biodiesel es bajo y con ello los costos pueden llegar a ser caros.
Con la aplicación de métodos ecoficientes se puede mejorar estas situaciones ya que al implementar el uso de biosolidos como fertilizantes se estaría reduciendo significativamente la emisiones al suelo, agua y aire de los compuestos que generan gases de efecto invernadero, incidencia en la capa de ozono, eutrofización y acidificación, también existe la alternativa de emplear pesticidas menos tóxicos para el ambiente.
El intercambio de residuos puede significar un impacto en la economía de los empresarios, ya que estos reducirían sus gastos en materia necesaria para sus procesos y en algunas se obtendrían ganancias, logrando disminuir en primer lugar los residuos generados en las diversas empresas y en segundo lugar los precios de del biocombustible.
Cambiar ciertos fases de los proceso, puede significar un gasto extra para las empresas más sin embargo la recompensa ambiental es muy grande y con ella puede verse mejorada la imagen sostenible de las fábricas.
Dejando en claro que este tipo de proyectos pueden ser realmente sostenibles y viables si se toman alternativas de mejora en los procesos.
