una visión prospectiva de la bioenergía · (higuerilla) brasil 2 – 2,9 aceite de palma brasil...
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EDGAR FERNANDO CASTILLO MONROY Mayo 2012
Instituto Colombiano de Petróleo
Una visión prospectiva de la bioenergía
CONGRESO COLOMBIA ECONOMIA VERDE. BOGOTA, MAYO 2012
Aumento de la demanda de energía y servicios asociados, para cumplir con el desarrollo social y económico y mejorar el bienestar humano y la salud.
Fuerzas motrices en Energía renovable y cambio climático
Gases de efecto invernadero (GEI) derivados de la prestación de servicios de energéticos han contribuido significativamente al aumento histórico en las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero
Datos recientes confirman que el consumo de combustibles fósiles genera la mayoría de emisiones de gases de efecto invernadero
Existen opciones para reducir las emisiones de GEI del sistema energético y al mismo tiempo satisfacer la demanda mundial de servicios energéticos?
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http://www.repsol.com/es_es/corporacion/conocer-repsol/contexto-energetico/matriz-energetica-mundial/
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Estado actual de las reservas de petróleo en el mundo
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Qué se interpreta?
• El petróleo, el carbón y el gas natural (combustibles fósiles) tienen una participación no inferior al 80% de la energía primaria consumida en el mundo.
* El petróleo seguirá siendo la fuente de energía primaria más demandada en el año 2030.
* Del total de la energia primaria consumida en el mundo 80.3% proviene de los combustibles fósiles, 57.7% de este valor es utilizada en el sector transporte.
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Sistema ilustrativo de la producción de energía Tomado de IPCC SRREN report 2011
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Las emisiones asociadas a la provisión de servicios energéticos son la principal causa de cambio climático
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ENTORNO TECNOLOGICO ENERGÍAS RENOVABLES
Solar Fotovoltaica
Tecnología Capa Delgada Cristalina
Tipo a-Si CdTe CI(G)S a-SI/uc-Si Monocristalina Policristalina
Rendimiento Célula en CPE*, %
5-7 8-11 7-11 8 16-19 14-15
US$/kWh generado 0,25 – 0,4 0,5 0,34
US$/kW instalado 2.500 – 3.500 5.000 4.000
Nivel de Desarrollo Demostración Comercialización
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ENTORNO TECNOLOGICO ENERGÍAS RENOVABLES
Termosolar
Variable Cilindro
Parabólico Receptor Central
Disco Parabólico
Factor de Capacidad Anual
23 – 50 20 – 77 25
Eficiencia pico, % 20 23 29.4
Eficiencia neta anual, %
11 – 16 7 – 20 12 – 25
Nivel de Desarrollo Comercial Prototipos Demostrativos
Riesgo Tecnológico Bajo Medio Alto
Diseño híbridos Si
US$/kW instalado 3.490 3.830 11.000
US$/kWh generado 0,14 0,16 0,32
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ENTORNO TECNOLOGICO ENERGÍAS RENOVABLES
Eólica
Variable On-Shore Off-shore
Eficiencia neta anual, % 20-55% (Depende de la velocidad del viento)
Nivel de Desarrollo Comercial Comercial
Riesgo Tecnológico Bajo Medio
US$/kW instalado 1.000 2.300
US$/kWh generado 0,05 – 0,08 0,14
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ENTORNO TECNOLOGICO ENERGÍAS RENOVABLES
Energía Geotermia
Tecnología Vapor Seco Flash steam Binary
Factor de Capacidad Anual
> 90 >90 > 90
Eficiencia pico, % 45 40 15
Eficiencia neta anual, %
45 40 15
Nivel de Desarrollo Comercial Comercial PROTOTIPOS
Riesgo Tecnológico BAJO MEDIO ALTO
Diseño híbridos Solamente aplica en ciclo binario
US$/kW instalado 4800 6000 7560
US$/kWh generado 0.096 0.112 0.144
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ENTORNO TECNOLOGICO ENERGÍAS RENOVABLES
IPCC SRREN, 2011, Annex III, Table AIII.1,
$0.00
$10,000,000.00
$20,000,000.00
$30,000,000.00
$40,000,000.00
$50,000,000.00
$60,000,000.00
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Influencia del factor de capacidad (o de servicio) sobre el CAPEX [U$] de renovables para 1 MW efectivos de demanda
Fotovoltaica Termosolar
Geotermia Biomasa (MW)
Combustion gas - Ciclo Combinado Turbina de gas ciclo Simple
Eolico Combustion carbon pulverizado - Rankine Simple
Combustion crudo/fuel/diesel - generador electricidad
Factor de capacidad típicoen solar y eolica
Factor de capacidad típico
en Biomasa
Factor de capacidad típico
en fósiles
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ENTORNO TECNOLOGICO ENERGÍAS RENOVABLES
$0.00
$1,000,000.00
$2,000,000.00
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$4,000,000.00
$5,000,000.00
$6,000,000.00
$7,000,000.00
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Influencia del factor de capacidad (o de servicio) sobre el COSTO TOTAL [U$/Año] de renovables para 1 MW efectivos de demanda
Fotovoltaica Termosolar Geotermia
Biomasa (MW) Combustion gas - Ciclo Combinado Turbina de gas ciclo Simple
Eolico Combustion carbon pulverizado - Rankine Simple Combustion crudo/fuel/diesel - generador electricidad
Factor de capacidad típico en solar y eolica
Factor de capacidad típico en Biomasa
Factor de capacidad típico en fósiles
IPCC SRREN, 2011, Annex III, Table AIII.1,
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INCENTIVOS Y POLITICAS
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Pero existen diferencias importantes…
• BIOMASA TRADICIONAL O BIOMASA MODERNA (DE ACUERDO CON EL ORIGEN ECONOMICO)
• BIOMASA NO SOSTENIBLE O BIOMASA SOSTENIBLE.
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CLASIFICACION DE LOS BIOCOMBUSTIBLES
BIOCOMBUSTIBLES
DE LA MADERA
(DENDROCOMBUSTIBLES)
DIRECTOS MADERA PRODUCIDA PARA
FINES ENERGÉTICOS, USADA
DIRECTAMENTE COMO
COMBUSTIBLE
INDIRECTOS SUBPRODUCTOS DE LA
EXPLOTACION FORESTAL O
RESULTANTES DEL
PROCESAMIENTO INDUSTRIAL
DE LA MADERA
MADERA RECUPERADA DERIVADA DE ACTIVIDADES
SOCIOECONÓMICAS QUE
EMPLEAN PRODUCTOS DE
ORIGEN FORESTAL
AGROCOMBUSTIBLES
DE PLANTACIONES
ENERGETICAS
PRODUCIDOS POR
PLANTACIONES ANUALES
(ALCOHOL, CAÑA DE AZÚCAR)
SUBPRODUCTOS AGRICOLAS RESIDUOS DE COSECHA,
SUBPRODUCTOS COMO PAJA U
HOJAS
SUBPRODUCTOS ANIMALES ESTIERCOL DE AVES, BOVINOS
Y CERDOS
SUBPRODUCTOS
AGROINDUSTRIALES
CASCARILLA DE ARROZ, TAMO
DE FRÍJOL
RESIDUOS URBANOS RESIDUOS SÓLIDOS
ORGANICOS GENERADOS EN
CIUDADES
GRUPOS DE PAISES POR INDICE DE DESARROLLO HUMANO
• GRUPO I: Uso intensivo de biomasa para uso doméstico, bajo desarrollo
• GRUPO II: Predominio de energía originada en
combustibles fósiles (alto y medio desarrollo) • GRUPO III: Países con alto y medio desarrollo con uso
intensivo de biomasa moderna (Brasil, Costa Rica, Chile, Colombia, Tailandia)
• GRUPO IV: Países de alto desarrollo, con uso intensivo de
bioenergía, como resultado de impuestos e incentivos tributarios. (Suecia, Noruega)
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INDICE DE DESARROLLO
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LA BIOMASA COMO UN BIEN ESTRATÉGICO
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• Biomasa tipo C-3, que sigue el ciclo de Calvin y que produce una molécula con tres átomos de C.
• Biomasa tipo C-4, que sigue el ciclo de Hatch-Slack y que produce una molécula de cuatro átomos de C. (gramíneas de origen tropical, caña de azúcar, sorgo).
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Análisis de la demanda mundial Biocombustibles (Sagar e Kartha, 2007)
l
OBJETIVO A CORTO PLAZO
OBJETIVO A LARGO PLAZO
Obj 1: 2% en 2005 Obj 2: 5.75% 2010 Propósito: 10% 2020
Mas del 50% de vehículos funcionan con diesel
Reemplazar 70% con colza Aumentar importaciones
Palma, Jatropha
RFS (Renewable fuel standard) objetivo 36 billones de galones para 2020
Incrementar uso de múltiples materias primas
Inició programa en 2008 (2%) aprox 211 millones gal.
Próximo objetivo 5% para 2013 (660 millones galones)
2010: Incrementar biocombustibles a 4 MT
2020: Producir 12 MT de biocombustibles. Reemplazar 15% energía necesaria para el transporte
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Reducción de emisiones de GEI relativas a
gasolina/vehículos diesel (%)
Etanol (maíz) 14
Etanol (lignocelulósico)
88
Etanol (caña-de-azúcar)
91
Biodiesel (Soja) 40
Biodiesel (Colza) 50
Potencial de reducción de GEI para diferentes tipos de biocombustibles
(Sagar e Kartha, 2007)
La evaluación integrada de la sostenibilidad de la producción de biocombustibles debe incluir no sólo el balance energético del ciclo de inventario de la vida expresada por la relación entrada / salida, sino también el equilibrio de los GEI, la utilización de subproductos y la consideración del impacto de los cambios en el uso del suelo.
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Bioetanol (Millones de litros) Biodiesel (Millones de litros)
País 2007 2017 País 2005-07 (Media)
2017
Brasil 22,551 40,511 EU 27 5,095 13,217
U.S. A 25,864 52,444 U.S. 1,429 1,731
China 4,150 10,210 Índia 277 385
EEUU 3,599 11,883 Indonésia 241 2984
Índia 2,075 3,574 Áustria 199 994
Principales productores de etanol y biodiesel 2007 (F.O Litcht´s, 2008) y proyecciones para el 2017 (FAO, 2008).
Adaptado de F.O Licht’s,(2008);FAO,(2008).
Segun datos de la IEA (2007) se espera que la participación de los biocombustibles en el sector de transporte se incremente desde un 1% hasta valores próximos de 7% en 2030. El mayor incremento en el consumo de biocombustibles va a presentarse en Estados Unidos, Europa, Asia y Brasil. Un incremento en el consumo en las demás regiones será modesto!!!
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Rendimiento energético (GJ/ha) de los biocombustibles
Generación Biocombustibles GJ/ha ha/tep
1°
Biodiesel de girasol 36 1,17
Biodiesel de soja 18-25 2,35-1,67
Etanol de trigo 53-84 0,79-0,50
Etanol de maíz 63-76 0,66-0,55
Etanol de remolacha azúcar 117 0,36
Etanol de caña de azúcar 110-140 0,38-0,30
2°
Etanol de Panicum virgatum
228-407 (futuro)
0,18-0,10
Plantación de eucalipto-biodiesel FT
460-620 0,08
Plantación de eucalipto - metanol 800-1000 0,04
Plantación de eucalipto - DME 850-1100 0,04
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Biodiesel País Relación energía renovable/ energia fósil
RME (colza) Europa 1,7
Soya EUA 3,2 – 3,4
Girasol e Colza Europa 2,4 – 5,23
Mamona (higuerilla)
Brasil 2 – 2,9
Aceite de palma Brasil 4,70
Aceite palma Colombia 4,92
Comparación de relación de energía renovable/fosil para el biodiesel obtenido a partir de diferentes oleaginosas (Yañéz et al., 2007).
El mayor consumo de energia en el ciclo de vida del biodiesel de palma, corresponde al metanol usado en el proceso de transesterificación. Una substitución por bioetanol de caña de azucar permitiria obtener valores de relación energia renovable/fosil superiores a 9.0 (Yañéz et al., 2007).
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Rendimientos por hectárea de diferentes materias primas utilizadas para la producción de etanol y
biodiesel (Earth Trends, 2007). Reproducido de Earth Police Institute, (2007). World biodiesel production 1991-2005
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Tierras disponibles para
cultivo de alimentos (109 ha) Tierra disponible en uso
(1997-1999 %)
América Latina y Caribe 1,07 19
África Subsahariana 1,03 22
Países industrializados 0,87 44
Países en desarrollo 0,50 53
Asia 0,59 75
Oriente Próximo y Norte de África 0,10 86
Aunque América Latina, el Caribe y el África Subsahariana tienen mayores superficies de tierras disponibles para agricultura, con aproximadamente 50% del total, en la actualidad este potencial no es del todo aprovechado para expansión.
Actualmente cerca de 14 millones de hectáreas de tierra cultivable están siendo utilizadas para la producción de biocombustibles, lo que representa aproximadamente 1% del total de la tierra cultivada en el mundo (IEA, 2007), con perspectivas a ser incrementada de 3% a 4% en 2030 ( BSF/FAO, 2008).
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Requisitos de los cultivos
Tipo de cultivo Suelos Agua Nutrientes Clima
Aceite de palma africana
Buen drenaje, pH entre 4 e 7, superfície plana rica e
profunda.
Lluvia uniforme de 1800 a 5000 mm por ano
Bajo
Tropical y subtropical con temperatura de
25-32°C
Colza Suave. Arcilloso, textura
média, bien drenado. Mínimo de 600 mm de precipitaçion por año
Semejante al trigo
Sensíble a altas temperaturas, mejor crecimiento entre 15
e 20°C.
Soja
Suelo aluvial húmedo con buen contenido orgânico,
alta capacidad de água, buena estructura
Alta Óptimo pH de 6 a 6,5 Tropical, subtropical y clima moderado.
Mamona (higuerilla) pH entre 5,0 e 6,5
Por lo menos 400 mm de lluvia em el período
de germinación y de floración
Demanda razonable por nutrientes esenciales,
especialmente nitrógeno, potasio,
fósforo, calcio y magnesio.
Tropical con temperatura de 20-
30°C
Pinhão manso Suelo semi-árido Por lo menos 400 mm de
lluvia durante el año. Bajo
Temperatura media de 20 °C (con un limite de 28 °C)
Requisitos de los cultivos para la obtención de las materias primas para biocombustibles
.
Adaptada de UN,2007.a;EMBRAPA,2007 e DUARTE,2008
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Una agricultura intensificada sostenible puede ser definida
como un aumento en la eficiencia en el uso de la tierra, agua y
productos químicos (fertilizantes y pesticidas), a través del
uso de técnicas modernas de producción, introducción de
nuevos genotipos en los diferentes cultivos, que incrementen
la productividad.
Los requerimientos agrícolas de los diferentes cultivos
afectan sus requerimientos de energía fósil (altos
rendimientos pueden demandar menor cantidad de maquinaria
agrícola por área, pero requieren altos índices de insumos
químicos) en contrapartida la cantidad de biocombustible
producido por hectárea es mayor (Sagar e Kartha, 2007)
Puede entonces concluirse que……..
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El potencial de crecimiento en el rendimiento en las
cosechas es especialmente considerable, en los países
pobres.
De acuerdo con el IPCC (2007) el cambio climático puede tener
un efecto positivo o negativo en el rendimiento de diferentes
cultivos, lo que introduce cierto factor de incertidumbre en la
producción de cultivos con fines energéticos en determinadas
regiones. Incrementos en la temperatura del plantea del orden
de 1- 3 ° C pueden aumentar ligeramente el rendimiento agrícola
en latitudes medias y altas. Por otro lado, incrementos en la
temperatura media del orden de 1-2 °C pueden disminuir la
productividad agrícola en latitudes bajas, especialmente en
regiones tropicales con estaciones secas.
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No todos los países reúnen las condiciones climatológicas, topográficas, edafológicas necesarias para la producción de biocombustibles en gran escala.
Fuente: Elaboración de CEPAL en base a data de Brown, 2011. Fuente: Comunicado de prensa de la CEPAL
EEUU; 14.30% Argentina
; 13.10%
Alemania 12.60%
Francia; 12%
Brasil; 9.70%
Otros; 38.30%
Producción mundial de biodiesel 2010
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Materias primas para obtención de biodiesel: El biodiesel puede ser obtenido básicamente a partir de aceites y grasas provenientes de: Plantas oleaginosas: ricino, palma africana, soja, colza (canola), girasol. Aceites vegetales usados: procedentes de la industria de alimentos. Grasas animales: procedentes de los mataderos. Aceite a partir de algas.
(Gunston, 2002; Queiroz, 2006).
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Aumento de mezclas ha favorecido la producción de biodiesel
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Producción mundial de biodiesel entre 1991-2005 (Earth Police Institute, 2007). Reproducido con autorización de Earth Policy Institute por Lester R. Brown, “Supermarkets and Service Stations Now Competing for Grain,” Eco-Economy Update, 13 July 2006. , Earth Policy Institute: http://www.earth-policy.org/Updates/2006/Update55.htm
En el periodo comprendido entre los años de 2000 y 2005 se observa un mayor crecimiento en la producción de biocombustibles, con la producción de biodiesel aumentando de 893 a 3762 millones de litros. B
illo
nes
de
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os
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Región Empresa Capacidad
(T/Año)
Área
sembrada
(ha)
Empleos
directos Empleos
indirectos Fecha entrada en
operación
Norte, Codazzi
Oleoflores 70.000 15.555 2.222 4.444 Enero 2008
Norte, Santa Marta
Odín Energy 36.000 8.000 1.142 2.284 Junio 2008
Norte, Santa Marta
Biocombustibles
Sostenibles del Caribe
100.000 22.222 3.174 6.348 Marzo 2009
Oriental, Facatativá
Bio D 100.000 22.222 3.174 6.384 Febrero 2009
Central, B/bermeja
Ecodiesel de Colombia
100.000 22.222 3.174 6.384 Junio 2010
Oriental,
San Carlos de Guaroa, Meta
Aceites Manuelita 100.000 22.222 3.174 6.348 Julio 2009
TOTAL 506.000 112.443 16.060 32.120
Plantas productoras de Biodiesel en funcionamiento en Colombia
http://www.fedebiocombustibles.com/v2/nota-web-id-271.htm
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* Esta Distribución corresponde al 1 de Agosto de 2011 y puede tener cambios a futuro.
Distribución del porcentaje de mezclas en Colombia
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Aumento en los precios de aceites vegetales y la caída de los precios internacionales del petróleo harían que el biodiesel sea más costoso que el diesel refinado del petróleo.
Planes de Desarrollo para cuatro sectores clave de la agroindustria de Colombia. Documento de desarrollo sectorial ATKEARNEY 2010.
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El bioetanol es producido empleando materia
prima de base biológica con cantidades apreciables de azúcares, generalmente obtenido por la fermentación del azúcar utilizando levaduras y otros microorganismos.
Inicialmente las materias primas son sometidas a un proceso de remoción de azucar contenido en las mismas ( trituración, impregnación y tratamiento quimico). Una destilación y deshidratación son empleadas como ultimo paso en la fabricación de etanol para obtener la concentracion deseada.
Puede ser utilizado en mezcla con gasolina de petróleo en diferentes proporciones.
1/ tmvc: toneladas métricas de azúcar en su equivalente a volumen de azúcar crudo
Segundas Jornadas de Generación Cenicaña
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Materias primas para obtención de bioetanol El etanol puede ser producido a partir de cualquier materia de origen biológico que contenga cantidades apreciables de azúcar u otros materiales que se puedan convertir en azúcar, tales como almidón y celulosa.
Azucaradas
Mostos y jugos de diferentes frutas De remolacha y de caña de azúcar El sorgo dulce mandioca
Amiláceas
Cereales
Maiz
Cevada
Malte
Trigo
Avena
Centeno
Arroz
Tubérculos
Papa
Camote
Raiz de girasol
Celulósicas
Madera Bagazo de caña de azúcar Resíduos de palma o de trigo Resíduos do maíz Pulpa de remolacha
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Produção mundial de etanol entre 1975-2005 (Earth Police Institute, 2007) Reproduzido com a autorização do Earth Policy Institute por Lester R. Brown, “Supermarkets and Service Stations Now Competing for Grain,” Eco-Economy Update, 13 July 2006. , Earth Policy Institute: http://www.earth-policy.org/Updates/2006/Update55.htm
En el etanol el aumento fue de 17.3 a 44.8 billones de litros.
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PAÍSES PRODUCTORES DE AZÚCAR
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PAÍSES PRODUCTORES ETANOL
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No. Región Inversionista Capacidad
(L/Día)
Absorción Azúcar Crudo
(T/Año)
Área Sembrada
(ha)
Empleos Directos
Empleos Indirectos
1 Miranda,
Cauca Incauca 350.000 97.690 11.942 2.171 4.342
2 Palmira,
Valle Ingenio
Providencia 300.000 65.126 9.287 1.688 3.376
3 Palmira,
Valle Manuelita 250.000 81.408 8.721 1.586 3.172
4 Candelaria,
Valle Mayagüez 250.000 48.845 6.587 1.198 2.396
5 La Virginia, Risaralda
Ingenio Risaralda
100.000 32.563 3.004 546 1.092
6 Canta Claro, Puerto López
GPC 25.000 41.000 * 1.200 240 480
TOTAL en Producción 1.275.000 366.632 40.741 7.429 14.858
Plantas productoras de Etanol en funcionamiento en Colombia.
* Toneladas de yuca amarga Fedebiocombustibles.
• Área plantada: 205,000 hectáreas.
• 13 Ingenios.
• 1.600 cultivadores con 75% de la tierra.
• Mas de 100 empresas relacionadas con las industrias: Sucroquimica, energía, alimentos, papel, licores y farmacéutica.
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PRODUCCIÓN Y VENTAS EN COLOMBIA
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EXPORTACIONES
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ETANOL
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MIELES
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ÁREA COSECHADA
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USO DE LOS RECURSOS
• En Colombia se presenta el conflicto de uso de la tierra Biocombustibles vs. Alimentos?
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www.kingsman.com, 18 Abril de 2008 CONGRESO COLOMBIA ECONOMIA VERDE.
BOGOTA, MAYO 2012
1066 1031
366
220
99
874
497
203 228 232 207
86
387
265
0
200
400
600
800
1000
1200
Latin America &
Caribbean
Sub-Saharan
Africa
East Asia South Asia Near
East/North
Africa
Industrialized
Countries
Transition
Economies
mill
ion
ha
Land for rainfed agriculture
Land use
Source. (FAO).2007
Uso de la tierra para la agricultura
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