Huella de Carbono de la Matriz de Energía Electrica en Guatemala by Edgar Sacayon

Análisis del Ciclo de Vida de la Matriz de Energía Eléctrica de Guatemala Edgar E. Sacayón INCYT-URL

Esquema de la PPT •  •  •  •  •  •

Introducción ObjeCvos Metodología - ¿Que es un ACV? Avance de resultados de InvesCgación Metodologías en desarrollo (Huella Hídrica) Preguntas

ObjeCvo 1 – Análisis de Sostenibilidad EnergéCca •  Usa el marco metodológico de ACV •  Incorpora las tres dimensiones –  Ambiental (ACV) –  Económica (ACC ó LCC) –  Social (ACV social)

Basado en Santoyo-Castelazo y Azapagic, 2014. Sustainability Assessment of Energy Systems. Journal of Cleaner ProducCon

ObjeCvo 2 - Dinámicas Territoriales •  Metabolismo Urbano (Wolman 1965) –  Considera a las ciudades como un Ecosistema Urbano –  Basado en la ley de la conservación de masa y energía Wolman, A. (1965). The metabolism of ci/es. ScienCﬁc American, 213(3),179-190.

AlberC, M. (1996).

Chester et al. (2010).

Metabolismo Urbano •  Estudios de metabolismo urbano han sido uClizados para evaluar la sostenibilidad ambiental de una ciudad pues cuanCﬁcan el uso de recursos, energía y producción de desechos. •  Indicadores: –  Consumo de recursos per cápita –  Consumo de energía per cápita –  Producción de desechos per cápita

AlberC, M. (1996). Measuring urban sustainability. Environmental impact assessment review, 16(4), 381– 424.

Metabolismo Urbano + ACV

Chester, M., PinceC, S., Bunje, P., & Zahn, L. (2010). Life-Cycle Assessment and Urban Sustainability (InsCtute of the Environment, University of California and Berkeley.). California, E.U.

¿Que es un Análisis de Ciclo de Vida? •  Una metodología para evaluar los impactos ambientales en la cadena de suministro de un producto o servicio. •  UNEP - SETAC 1990 •  Norma ISO 14040 – 14044 GesCón ambiental •  Permite una visión mas amplia de los efectos ocasionados por acCvidades de producción y consumo

¿Que Cpo de preguntas responde? •  ¿Cual es la etapa de mayor consumo de energía? •  ¿Cual es la etapa del ciclo de vida que Cene mayor impacto ambiental? •  ¿Que efectos Cene un cambio en la cadena de suministro? ¿Recipiente de vidrio o plásCco?

Ejemplos •  Vehículos eléctricos –  Tienen mas emisiones durante la manufactura que vehículos combusCón. –  La reducción de emisiones esta fuertemente correlacionada con la matriz de energía eléctrica

Nealer, Reichmuth y Anair (2015). Cleaner Cars from Cradle to Grave. Union of Concern ScienCst. Available at : www.ucsusa.org/EVlifecycle

Diseño Industrial y Arquitectura •  UClizado para evaluar la sostenibilidad ambiental del uso de materiales en la construcción de ediﬁcios •  Reducir consumo de energía durante la fase de uso. hop://canfor.com/environmental/why-wood/comparing-wood-and-non-renewable-materials

Aplicaciones •  •  •  •  •  •

Toma de decisiones Planiﬁcación estratégica PolíCcas Públicas Declaraciones ambientales Eco-diseño Comparación de tecnologías.

Fortalezas

Debilidades

•  Metodología Estandarizada •  Fundamentación cienrﬁca para tomar decisiones •  Permite evaluar sistemas complejos •  Evita el traslado de un impacto a otras etapas del ciclo de vida •  Permite evaluar el desempeño ambiental de una acCvidad o producto

•  Resultados dependen de las decisiones tomadas por el analista •  Evalúa efectos potenciales y no efectos actuales •  Necesita de un alto grado de recopilación de datos •  IncerCdumbre por: suposiciones, efectos en el futuro y modelos de impacto ambiental

Dos Cpos de ACV •  Atribucional –  Evalúa el sistema de producción actual. –  ObjeCvo es entender el sistema. –  Usa datos basados en promedios.

•  Consecuente –  Evalúa cambios en el sistema de producción –  Pretende responder preguntas sobre, ¿Qué pasaría? –  Usa datos de producción marginal

Etapas de un ACV

Etapa 1 - Deﬁnición de alcance y objeCvo •  ObjeCvo –  Para que servirá la información. Que aplicación tendrá el estudio. La audiencia desCnada.

•  Deﬁnición de una unidad funcional –  Cual es el servicio que se proporcionará

•  Alcance –  Limites del sistema de estudio

Unidades funcionales •  Recipiente para 1 litro de leche –  Botella, tetrabrik, o contenedor plásCco

•  Suministro de 1 hora de energía –  1 kWh, 1 MWh, 1 GWh

•  10,000 horas de iluminacion a 20 lumens –  Focos de tungsteno, ﬂuorescentes

Flujo de referencia •  La canCdad del producto o servicio necesario para suministrar la función del sistema de producción. –  1 kWh el ﬂujo de referencia es 1 kWh de electricidad alto-voltaje –  10,000 horas iluminación 20 lumens: 1 foco de tungsteno. –  1 litro de leche: recipiente plásCco de 1 lt con leche

Pañales desechables o reusables •  ¿Cual es la unidad Funcional? –  Función: Remover excretas durante la etapa de primera infancia de un bebe (2 años) –  Unidad funcional: 10,000 pañales desechables ó 10 pañales reusables para 2 años de vida –  Flujo de referencia: 10,000 pañales desechables ó 10 pañales de algodón

Diagrama de ï¬&#x201A;ujo

Etapa 2 – Análisis del Inventario •  CuanCﬁcación de recursos, materias primas, energía y emisiones •  Elaboración de modelo del ciclo de vida •  Normalización de inventarios por ﬂujos de referencia •  Souware

Modelo del Ciclo de Vida de Producciรณn de Electricidad usando Bunker en NZ

Inventario de ingresos y egresos

Inventario durante cada etapa

Adaptación de Bases de datos •  Por lo general uClizado en la elaboración de modelos •  Evita ardua tarea de colecta de datos •  Privacidad de información •  Modelos establecidos basados en estudios de caso. •  Totalmente transparente, con documentación cienrﬁca.

Resultados del Análisis del Inventario CV Flow Energy, gross calorific value, in biomass Energy, gross calorific value, in biomass, primary forest Peat, in ground Wood, hard, standing Wood, sou, standing Wood, unspecified, standing Argon-40 Carbon dioxide, in air Energy, kineCc (in wind), converted Energy, solar, converted Krypton, in air Nitrogen Oxygen, in air Xenon, in air Aluminium Aluminium, 24% in bauxite, 11% in crude ore, in ground Anhydrite, in ground Barite, 15% in crude ore, in ground Basalt, in ground Borax, in ground Cadmium, 0.30% in sulfide, Cd 0.18%, Pb, Zn, Ag, In, in ground

Category resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource resource

Sub-category bioCc bioCc bioCc bioCc bioCc bioCc in air in air in air in air in air in air in air in air in ground in ground in ground in ground in ground in ground in ground

Unit MJ MJ kg m3 m3 m3 kg kg MJ MJ kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg

Result 1.2742421 2.8701E-05 2.5744E-05 7.8791E-07 1.7051E-06 1.722E-11 7.8339E-06 0.11977297 0.11054989 0.07574597 1.6627E-17 0.00042247 0.00080231 1.9507E-18 0.00019987 1.0781E-07 1.5028E-09 0.00020894 5.9141E-06 3.2711E-06 8.555E-07

Etapa 3 - Evaluación de Impacto del CV •  Los resultados del inventario se cuanCﬁcan y se distribuyen en diferentes categorías. •  Por lo general se reconocen tres áreas de protección –  Salud Humana –  Calidad Ecosistémica –  Recursos Naturales

Evaluaciรณn de Impacto del CV

Ruta de Impacto- Cadena Causa-Efecto Toxicidad Humana

CategorĂas de Impacto

Métodos de Evaluación de Impactos •  •  •  •  •  •  •

CML 2002 Eco-Indicator ReCiPe 2008 Ecological Scarcity 2013 EDIP IMPACT IPCC

•  TRACI 2.1 (Tool for the ReducCon and

Assessment of Chemical and other environmental Impacts) developed by the US EPA .

•  •  •  •

USEtox EPS 2000 CumulaCve Energy Demand CumulaCve Exergy Demand

Cada método u/liza diferentes modelos de caracterización de impactos ambientales (documentados literatura académica)

CML 2002 •  Método desarrollado por el InsCtuto de Ciencias Ambientales de la Universidad de Leiden. •  Categoriza impactos a nivel intermedio (Midpoint) •  11 Categorías de Impacto para una línea base •  Uno de los métodos dominantes en la literatura y sistemas de gesCón ambiental

IncerCdumbre en modelos ambientales

Avances de InvesCgación

ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA DE LA MATRIZ DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE GUATEMALA

Análisis de Sostenibilidad EnergéCca •  Usa el marco metodológico de ACV •  Incorpora las tres dimensiones –  Ambiental (ACV) –  Económica (ACC ó LCC) –  Social (ACV social)

Basado en Santoyo-Castelazo y Azapagic, 2014. Sustainability Assessment of Energy Systems. Journal of Cleaner ProducCon

Análisis de la Matriz de Energía Eléctrica Diésel 0%

Importacion Importacion Mexico MER 3% 3% Búnker 11%

Carbón 18%

Hidroelectrica 45%

Biogas 0% Solar 2%

Eolico 2%

Biomasa (Bagazo de Caña) 14%

Geotérmica 2%

www.incytde.org/datos

Consideramos el total de importación proveniente de la Matriz MX

Implementaciรณn de Souware

Implementación de Base de Datos •  Ecoinvent 3.2 –  11,500 procesos –  Cadena de suministro de sistemas energéCcos. –  Cobertura amplia a nivel mundial Fuente: www.ecoinvent.org

Modelo del Ciclo de Vida Incluye T&D y perdidas asociadas 9%

•  Etapas consideradas –  Extracción de combusCbles fósiles –  Construcción de infraestructura para:

•  extracción de combusCbles fósiles •  Plantas de generación de electricidad •  Red de T&D

Fuente: Elaboración propia

–  Transporte de CombusCbles –  O&M de plantas –  Manejo de desechos

Adaptación de Parámetros (Condiciones Locales) Variable Mix de Electricidad

Unidad CanCdad Descripcion

Composición de la Matriz perd_G Carbon (hulla bituminosa) Poder Caloriﬁco Eﬁciencia

% % MJ/kg %

Transporte Terrestre Trasnporte MariCmo Operación de Mina Bunker C (Fuel Oil No.6) Poder Caloríﬁco Transporte (MariCmo) Diesel Poder Caloriﬁco Hidroelectrica Emisiones de Methano Emisiones de CO2 Eolica Turbinas >3MW Solar Paneles T&D Long. Red de Trans. Long. Red de Tension Media Long. Red de Baja Tension Años de vida de la red GWh transportados Perd_D Perd_T Perdidas Sistema

9 27 35

Km 400 km 1,700 MJ/Kg 43 Km 2,133 MJ/Kg 43 kg/kWh kg/kWh kWp 570 km 3,799 km km años GWh % % %

% de tecnologias que ingresan al sistema Total de perdidas del sistema por T&D Minas en la region Cesar hacia el Puerto de Cartagena, Colombia Cartagena a Puerto Barrios, Guatemala Se considera una mina a cielo abierto Distancia Houston - Guatemala Basados en plantas de areas tropicales Basados en plantas de areas tropicales instalacion en el suelo a cielo abierto

42,020 46,210 40 10,489 Basado en CNEE 2015 3 Perdidas en la red de bajo voltaje 3 Perdidas en la red de alto voltaje 3

•  Suposiciones –  Basados en set de datos de México –  Carbón - Colombia –  Modelo de Co-generación basado en caso Brasileño –  Plantas Hidroeléctricas con emisiones tropicales. –  Poder caloríﬁco -> MEM –  Red de T&D -> CNEE –  Pérdidas del 9%

Transporte CombusCble Fรณsil

Resultados (CML 2002) No

Impact category

Reference unit

Result

AcidiďŹ caCon potenCal - average Europe

kg SO2 eq.

0.002848

Climate change - GWP100

kg CO2 eq.

0.371163

DepleCon of abioCc resources - elements, ulCmate reserves

kg anCmony eq.

1.03E-06

DepleCon of abioCc resources - fossil fuels

4.276364

EutrophicaCon - generic

kg PO4--- eq.

0.000669

Freshwater aquaCc ecotoxicity - FAETP inf

kg 1,4-dichlorobenzene eq.

0.464552

Human toxicity - HTP inf

kg 1,4-dichlorobenzene eq.

0.301571

Marine aquaCc ecotoxicity - MAETP inf

kg 1,4-dichlorobenzene eq.

602.8573

Ozone layer depleCon - ODP steady state

kg CFC-11 eq.

2.88E-08

Photochemical oxidaCon - high Nox

kg ethylene eq.

0.000313

Terrestrial ecotoxicity - TETP inf

kg 1,4-dichlorobenzene eq.

0.011643

GWP

Es el potencial de las emisiones de gases de efecto invernadero de contribuir con el calentamiento global y se mide en equivalentes de CO2 Por 1 kWh hay 0.371 kg equivalentes de CO2

El potencial de acidiﬁcación mide la capacidad de las emisiones contaminantes de producir iones H+ y acidiﬁcar el medio ambiente (suelo, fuentes de agua y organismos biológicos) los cuales Cenen efectos deteriorante. Se mide en equivalentes de dióxido de azufre

Agotamiento de recursos abióCcos (Fósil)

Mide el consumo de energía fósil primaria por el sistema de producción y es expresado en MJ/kWh Nota: no es una medida de la eﬁciencia energé/ca

Agotamiento de recursos abi贸Ccos (elementos)

Mide el agotamiento de recursos no-renovables como minerales y otros elementos puros en la corteza de la Cerra. El modelo de caracterizaci贸n esta basado en tasas de extracci贸n en relaci贸n con el stock disponible y se mide en equivalentes de anCmonio

Eutroﬁcación

La eutroﬁcación de ecosistemas acuáCcos y terrestres puede ocasionar cambios en la composición de especies y un incremento en la producción de biomasa. Además, puede deteriorar la calidad del agua. Por lo tanto el potencial de eutroﬁcación mide el efecto de las emisiones de materia orgánica, nitrógeno y fosforo (enriquecimiento de nutrientes) en al aire, agua y el suelo.

Deterioro de la capa de ozono

Mide el efecto de las emisiones atmosféricas en la disminución de la capa de ozono, esto hace que una mayor fracción de rayos UV-B lleguen a la superﬁcie de la Cerra ocasionando impactos en las tres áreas de protección, salud humana, ecosistemas y recursos naturales.

Toxicidad Humana

Mide el efecto de las emisiones ambientales de ocasionar efectos tรณxicos para la salud humana.

Toxicidad AcuáCca

UCliza los limites de tolerancia de contaminación acuáCca establecidos por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) para evaluar el potencial de las emisiones producidas de ocasionar daños en los ecosistemas acuáCcos considerando que muchas de las emisiones ambientales llegan a desCnos diferentes del lugar donde se emiCeron.

Toxicidad Terrestre

UCliza los limites de tolerancia de contaminaciĂłn terrestre establecidos por la Agencia de ProtecciĂłn Ambiental (EPA) para evaluar el potencial de las emisiones producidas de ocasionar daĂąos en los ecosistemas terrestres considerando que muchas de las emisiones ambientales llegan a desCnos diferentes del lugar donde se emiCeron.

Formación de oxidantes fotoquímicos

Evalúa la producción de oxidantes foto-químicos (e.g. Ozono), en la atmosfera. Por lo general este Cpo de compuestos químicos se forma por la accion de la luz UV con compuestos orgánicos voláCles (VOCs) y monoxido de carbono en la presencia de Oxidos de nitrogeno (NOx). En otras palabras evalua la contaminación atmosférica que ocasiona niveles elevados de oxidantes fotoquimicos.

Huella de Carbono de la Matriz de Energía Eléctrica

Escenarios Estacionales Geotérmica 2%

Estacion Seca Importacion Ciclo MER combinado Solar Mexico Eolico 0% 0% 1% 1%

Biomasa 29%

Diésel 1%

Carbón 20%

Hidroelectrica 35%

Búnker 11%

Geotérmica 2% Biomasa 2% Diésel 1%

Estacion Lluviosa Importacion Ciclo Mexico MER combinado Solar 0% 1% 0%

Carbón 20%

Búnker 16%

Hidroelectrica 57%

Eolico 1%

Comparación de Tecnologías

Escenarios 2026 10 Importacion Mexico 8 3% Búnker 1% 6 Biogas

Alto Geotermico 9 Diésel 0%

11 Importacion MER 3%

5 Solar 2%

7 Carbón 10%

10 Importacion Mexico 3% 9 Diésel 0%

Fósil

11 Importacion MER 3%

8 Búnker 15%

4 Eolico 2%

1 Hidroelectrica 45% 3 Geotérmica 20%

1 Hidroelectrica 45% 7 Carbón 20%

2 Biomasa (Bagazo de Caña) 14%

6 Biogas 0% 5 Solar 2% 4 Eolico 2%

3 Geotérmica 2%

2 Biomasa (Bagazo de Caña) 8%

Limitaciones de la Huella de Carbono •  UClizar una sola métrica ambiental puede esconder impactos ocasionados a otras áreas del ambiente.

Modelo de Co-generacion •  Evaluar emisiones de GEI •  Consumo de Agua •  Uso del Suelo

Huella Hídrica •  Métodos cuanCﬁcan volúmenes (Hoekstra, 2011) Water Footprint Network •  Métodos que uClizan índice de stress hídrico. (Pﬁster et al. 2009) •  La diferencia radica en la regionalización de impactos debido al balance hídrico de cuencas y sub-cuencas

Armonizaciรณn de Ruta de Impacto

Kounina et al (2012) Review of methods addressing freshwater use in life cycle inventory and impact

assessment The InternaConal Journal of Life Cycle Assessment

Nuevo Indicador de Escasez

hop://www.wulca-waterlca.org/project.html

Factores de Caracterizaciรณn Modelo Global

Balance Hídrico IARNA •  Desarrollar –  Agotamiento hídrico (recursos) –  Factores de caracterización basado en el Balance Hídrico del IARNA •  Implementación para análisis de sostenibilidad y dinámicas territoriales.

Preguntas y Comentarios Muchas Gracias por su Atenciรณn!