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Propuesta de un modelo para la elección de alternativas de un cultivo energético forestal

LATORRE MONTEAGUDO, B.1, IZQUIERDO OSADO, M.I.1, MARCOS MARTÍN, F.1, PASCUAL CASTAÑO, C1., FALCÓN ROQUE, E.1

1 Termodinámica, Motores y Mecanización Forestal. E.T.S.I. Montes. Universidad Politécnica de Madrid.

Resumen Se ha diseñado un modelo original, que permite estimar la “producción media” de cuatro especies forestales (chopo, sauce, eucalipto y paulonia) y pretende ayudar en la toma de decisiones para el diseño de plantaciones energéticas. Los resultados se han obtenido en el Laboratorio Rodolfo Carretero de Biocombustibles de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Montes de Madrid. Las parcelas experimentales están ubicadas en Cabrerizos (Salamanca), Madrid, Talayuela (Cáceres), Zalamea de la Serena, Puebla de la Reina y La Codosera (Badajoz). Los datos del sauce han sido obtenidos a partir de la consulta de datos bibliográficos.

Palabras clave Bioenergía, cultivo energético forestal, estimaciones biomásicas, técnica multicriterio.

1. Introducción

En España se pretende usar cada vez más la biomasa forestal con fines energéticos (Plan de Energías Renovables de España 2010-20) (IDAE, 2011).

Entre las especies utilizadas en los cultivos energéticos leñosos en España hay que destacar fundamentalmente cuatro: el chopo (GODINO, 2005), el sauce (ABRAHAMSON et al, 1998. THARAKAN, et al, 2003. VOLK et al, 2006), la paulonia (MARCOS, et al, 2009) y el eucalipto. Estos cultivos forestales o leñosos, que en inglés se denominan Short Rotation Woody Crops (SRWC) o simplemente Short Rotation Crops (SRC) presentan varias ventajas:

1. Son autóctonos, 2. Proporcionan energía renovable. 3. Generan trabajo en zonas de economía deprimida 4. Su biomasa puede almacenarse con pocas pérdidas

Pero estos cultivos en España y en todo el mundo, han de ser investigados ya que de algunas de estas especies, como los chopos, eucaliptos o las paulonias, se conoce relativamente bien su selvicultura (dependiendo del lugar de cultivo), pero a turnos mucho más largos (turnos de 12 o más años para chopos y eucaliptos, y de 20 o más años para las paulownias en China). Sin embargo, para el aprovechamiento energético se está desarrollando la denominada “selvicultura a turnos cortos” o “selvicultura energética”. (BONARI, et al, 2004), (LAUREYSENS, et al, 2004), (CEULEMANS et al, 1996), (KARACIC, 2005).

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En España cada día hay más trabajos de investigación en esta línea, desarrollados por los autores de esta comunicación, en el CIFOR de Madrid, en el CIEMAT de Madrid, en el CEDER de Soria y en otros centros universitarios forestales de Madrid, Córdoba, Huelva, Vigo y Lugo (VEGA et al, 2010), (CRUZADO et al, 2011).

2. Objetivos

El objetivo principal de este trabajo de investigación es definir un modelo empírico de gestión, pensado para facilitar la toma de decisiones, donde se pretende parametrizar para el chopo, eucalipto, sauce y paulonia en España, la denominada “producción media regional”. Esto permitiría elegir la especie o clon idóneo para instalar un cultivo energético en un determinado lugar.

3. Metodología

La base teórica del modelo propuesto es la sostenibilidad como una conjunción de tres factores que hacen que el desarrollo sea sostenible: desarrollo equitativo (social y económico), vivible (social y medioambientalmente) y viable (económica y medioambientalmente), señalado por uno de los autores en reiteradas ocasiones desde 2002. (Energía Sin Fronteras; “Pobreza y energía”). En la figura siguiente se recoge esta idea:

Figura 1. El desarrollo sostenible o perdurable es, a la vez, equitativo, vivible y viable.

A partir de trabajos anteriores de planificación energética (MARCOS, 1985), (MARCOS et al, 1997) o de estudios de alternativas energéticas (GARCÍA, 2004), (MARCOS et al, 2012) se presenta una metodología original que utiliza las técnicas multicriterio – multiobjetivo.

Se ha desarrollado un modelo original, denominado modelo MI, que se ha obtenido trabajando en el Laboratorio Rodolfo Carretero de Biocombustibles de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Montes de Madrid con cuatro especies forestales: chopo, sauce, eucalipto y paulonia. Aparte se ha realizado consultas bibliográficas (GODINO, 2005), (THARAKAN, et al, 2003), (MARCOS, et al, 2009), (VEGA et al, 2010), y se ha tomado

4/11 datos directamente de parcelas cultivadas. Las ubicaciones de dichas parcelas, por especies, son las siguientes:

1. Para los chopos: 3 parcelas en Cabrerizos (Salamanca) y una parcela en Madrid.

2. Para las paulownias: Parcelas en Madrid y Talayuela (Cáceres).

3. Para los eucaliptos: Parcelas en Zalamea de la Serena (Badajoz), Puebla de la Reina (Badajoz) y La Codosera (Badajoz).

Tabla 1. Características de las parcelas estudiadas para chopo y paulonias

Chopo Paulownia Cabrerizos Madrid Talayuela Madrid (Salamanca) (Cáceres) Número de parcelas 3 1 1 1 Tamaño de parcela (m2) 100 100 200 50 Altitud (m) 790 658 284 658 Precipitación anual (mm) 495 350 308 350 Temperatura media anual (ºC) 12.5 15.5 18.2 15.5 Dosis de riego (mm) 2442 1700 1000 800 Fertilizacion Orgánica No No No

Tabla 2. Características de las parcelas estudiadas para eucalipto

Eucalipto Zalamea de la Puebla de la Reina La Codosera Serena (Badajoz) (Badajoz) (Badajoz Número de parcelas 1 1 1 Tamaño de parcela (m2) 300 300 300 Altitud (m) 456 458 336 Precipitación anual (mm) 456 458 464 Temperatura media anual (ºC) 17.9 18.0 17.2 Dosis de riego (mm) 0 0 0 Fertilizacion No No No

Los datos del sauce han sido obtenidos a partir de la consultas bibliográficas (ABRAHAMSON et al, 1998. THARAKAN , et al, 2003. VOLK et al, 2006), y al experiencia del investigador Bernardo Latorre en la SUNY-ESF (College of Environment, Science and Forestry. State University of New York, USA.).

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Los factores o criterios ecológicos considerados son los siguientes

Tabla 3. Factores ecológicos considerados en las 4 especies de cultivos energéticos leñosos o forestales (CEF)

Valores de K 1 Temperatura máxima en verano 1 a 5 2 Días de helada 1 a 5 3 Textura del suelo. 1 a 5 4 Pluviometría. 1 a 5 5 Contenido NPK del suelo. 1 a 5 6 Profundidad de la capa freática 1 a 5 7 Horas de luz. 1 a 5 8 Contenido en fósforo 1 a 5 9 Contenido en materia orgánica 1 a 5 10 Días de granizo. 1 a 5 11 Días de viento. 1 a 5 12 Ataque de hongos xilófagos o de las hojas. 1 a 5 13 Ataque de insectos xilófagos o de las hojas. 1 a 5

Para elegir estas variables ecológicas los criterios de elección han sido:

A) Experiencia y trabajos propios. 1. La experiencia en nuestros trabajos de investigación en cultivos energéticos forestales desde el año 1982. 2. La experiencia adquirida por uno de los autores de esta comunicación en la SUNY (Siracuse University of New York) – en el College of Environment, Science and Forestry de la State University of New York (USA) con sauce. 3. La experiencia adquirida entre los años 2010 a 2012 al realizar la ordenación energética de varios montes de eucalipto para las empresas Monteoleo y Enerbosque Extremadura en la provincia de Badajoz, concretamente en los términos municipales de Puebla de la Reina, Zalamea de la Serena y La Codosera. 4. Los resultados obtenidos de la tesis doctoral del Dr. Ingeniero de Montes D. Miguel Godino García (GODINO, 2005), con chopo (Populus x euroamericana I-214 Dode).

B) Consultas a expertos. 5. Las conversaciones y trabajos realizados para Foresta Capital, empresa forestal con sede en Talayuela (Cáceres), que trabaja con chopos, eucaliptos y paulonias. 6. Las conversaciones y trabajos realizados con la empresa Cotevisa, de Alcudia (Valencia). El origen de esta metodología fue un encargo de un inversor privado realizado a esta empresa en 2009. Esta empresa es experta en cultivos energéticos de especies leñosas y en la producción de planta “in vitro” de diferentes clones de paulonia, además de producción de chopo clon Viriato. 7. La consulta a 6 expertos en cultivos energéticos (5 expertos españoles y 1 experto chileno de la Universidad de Concepción).

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Siguiendo los criterios usados habitualmente en la planificación física y en la energética (MARCOS, 1984; GARCÍA BENEDICTO, 2004) los valores de K no deben ser superiores a 5. Como además K es multiplicativo no consideramos idóneo usar el valor de K igual a 0.

Los factores o criterios económicos considerados son:

Tabla 4. Factores económicos considerados en las 4 especies de cultivos energéticos leñosos o forestales (CEF)

Valores de K 1 Valor Actualizado Neto 1 a 5 2 Tasa Interna de Retorno de la inversión. 1 a 5 3 Pay-back. 1 a 5 4 Renta Anual Equivalente. 1 a 5 Acomodación a la legislación vigente: obtención de ayudas, 5 primas, exenciones,… de tipo económico (no social ni político). 1 a 5 6 Oportunidad de negocio. 1 a 5 7 Inversión económica disponible. 1 a 5 Captación de ayudas financieras privadas, no de administraciones 8 públicas. 1 a 5 9 Otros factores económicos. 1 a 5

Los factores o criterios sociales son:

Tabla 5. Factores socio-políticos considerados en las 4 especies de cultivos energéticos leñosos o forestales (CEF)

Valores de K 1 Generación de empleo. 1 a 5 2 Aceptación social de la actividad. 0 a 5 3 Adecuación con la legislación provincial. 0 a 5 4 Adecuación con la legislación autonómica. 0 a 5 5 Adecuación con la legislación nacional. 0 a 5 6 Adecuación con la legislación europea. 1 a 5 7 Otros factores sociales o políticos. 1 a 5

Para la elección de los factores sociopolíticos las fuentes de información básicas han sido:

1.- La legislación vigente, distinta en cada Comunidad Autónoma para el tema que estamos tratando.

2.- La exposición, no publicada, realizada por D. Jacinto Lobo, de ENCE, en el curso de verano de la Universidad Politécnica de Madrid, el 23 de julio de 2012: “La generación de energía eléctrica con biomasa, algo más que energía” del que se presenta la siguiente imagen de generación de empleo, inversión industrial, lucha contra incendios forestales y limpieza de montes, inversión industrial y forestal, generación de rentas rurales, ahorro en importación de combustibles fósiles, ahorro en emisiones de CO2 , contribución fiscal y ahorro en pagar

7/11 primas de desempleados. El director de ese curso es uno de los firmantes de esta comunicación.

Figura 2 Beneficios de los cultivos energéticos forestales para generar con su biomasa energía eléctrica. (LOBO, 2012)

Se observa que el beneficio económico por la instalación de centrales de biomasa a partir de cultivos energéticos, según el PER 2011-2020 sería de 725 M€, superior a las primas que son de 550 a 650 M€. La generación de empleo supone 15.000 empleos, que en sueldos se estima en 182 M€.

Cada alternativa considerada será entonces un vector de 13+9+7 = 29 componentes.

Se aplicarán entonces la técnica de la distancia al punto ideal (este es el punto (5,5,5,5,5,5,….,5)), la de las cascadas de Newkirk, la de las precedencias, la de la suma ponderada y la del producto ponderado. Los pesos o factores de ponderación variarán con la especie, el lugar y la situación económica del inversor. Las técnicas indicadas son actuales y se adecúan correctamente a criterios de sostenibilidad.

Aplicadas estas técnicas multicriterio se obtendrán las cuatro alternativas preferentes. Para cada una de estas, se operará entonces del siguiente modo: para cada especie España se ha dividido en cinco regiones, teniendo en cuenta la pluviometría y la ubicación geográfica (Norte y Sur). En el Centro se han considerado dos regiones Centro y Centro Sur.

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Con los valores medios obtenidos en laboratorio y los obtenidos consultando la bibliografía existente (sobre todo para el caso de los sauces) se aplica una fórmula para obtener la productividad esperada que es la suma de los productos Vi·Li multiplicado por el valor de de la PRt:

Productividad esperada: PRE =PRt · ΣVi·Li i = 1, 2, …..,13

Donde: PRt = Productividad media teórica. Vi = Ki para los 13 factores ecológicos citados anteriormente. Li es un valor que oscila entre 0,1 y 0,3.

Según nuestra experiencia en el diseño de modelos de planificación energética con energías renovables (MARCOS, 1985) la suma de los Ki·Li debe estar comprendida entre: - un valor máximo de 1,5 y - un valor mínimo de 0,3.

Si esta suma toma valores mayores de 1,5 o menores de 0,3, se tomarán los valores de 1,5 ó 0,3. Además, el producto Ki·Li no puede ser 0 ya que ni Ki, ni Li pueden ser 0.

4. Resultados

En la tabla siguiente se presenta los resultados obtenidos para la productividad PR, para cada una de las regiones en que quedó dividida España.

Tabla 6. Valor de PRt para cada región de España

PRt en toneladas de materia seca/ (ha·año) Especie Región 1 Región 2 Región 3 Región 4 Región 5 Sauce 13 15 16 17 18 Chopo 18 20 22 24 26 Paulownia 20 22 24 25 27 Eucalipto 6 7 10 15 18

Donde: - Región 1: Sur Seco. - Región 2: Centro Sur. - Región 3: Centro. - Región 4: Centro Norte. - Región 5: Norte lluvioso.

5. Discusión

La aplicación de este modelo estima de manera indirecta y no destructiva, la productividad que tendría una determinada plantación energética, para obtener biomasa. Con dicha herramienta, el selvicultor, las empresas encargadas de gestionar la producción- suministro y el posible inversor, podrán predecir la aptitud de un terreno concreto en un lugar concreto para cultivar una especie energética, optimizando su producción.

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El desarrollo de cultivos para el aprovechamiento energético de las especies objeto de este estudio puede ser de gran importancia. Por un lado, permitiría garantizar el suministro de biomasa a instalaciones consumidoras, y además de favorecer el desarrollo rural, por lo que puede ser una actividad de gran interés para las Administraciones Locales.

En este sentido, en el desarrollo de instalaciones colectivas de calefacción y aire acondicionado (District Heating and Cooling), este combustible puede ser una fuente de suministro fundamental pues es muy adecuado para este tipo de centrales. Este sistema, ampliamente implantado en numerosos países europeos, es de esperar que comience su expansión en España en los próximos años.

Otra aplicación puede ser la producción y venta de pellets obtenidos a partir de la biomasa. En la actualidad existe una gran demanda de pellets en países del centro y Norte de Europa, para uso doméstico en calderas y para instalaciones colectivas, y es un mercado incipiente en España.

6. Conclusiones

1.- El modelo se muestra apto para elegir la especie forestal más idónea en un cultivo energético forestal, desde criterios de sostenibilidad; es decir, usando criterios ambientales, económicos y socio-políticos.

2.- La generación de empleo debe ser un acicate importante, como pone de manifiesto la aplicación del modelo propuesto, para el desarrollo de políticas energéticas vinculadas con los cultivos energéticos leñosos o forestales (CEF).

3.- Un mejora del modelo es recalcular con mayor exactitud los valores de PR para las distintas provincias españolas.

4.- La aplicación del modelo proporciona valores muy diferentes en función del lugar de aplicación y las condiciones ambientales, económicas y socio-políticas.

7. Agradecimientos

A la Junta de Castilla y León, a las empresas Cotevisa, Monteoleo, Foresta Capital y Enerbosque Extremadura. A D. Sebastián Sánchez, D. Alejandro Marcos, D. Julio Artigas, D, Carlos A. Fernández, D. Luis García, D. Jesús Ruiz Castellano y D. José L. Hernanz. Para el tema económico nuestro más sincero agradecimiento a D. Jacinto Lobo, director general de energía de la empresa ENCE (Energía y Celulosa).

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