Razones para el Uso de Biocombustibles - Instituto ... · Director, División de Desarrollo de...

04/08/2006

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Razones para el Uso de Biocombustibles

Presentado por José L. Sánchez PiñaDirector, División de Desarrollo de Bioenergéticos, LP Bond

Taller Práctico sobre Bioenergía

3 de agosto de 2006, Monterrey N.L México

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Razones para el uso de Biocombustibles

1. Evitar las consecuencias adversas del C bi Cli átiCambio Climático

2. Beneficios a la Salud Publica3. Asegurar el abastecimiento de

energéticos 4 Desarrollo Económico social del

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4. Desarrollo Económico-social del Campo Mexicano

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Razones para el uso de Biocombustibles1. Evitar las consecuencias adversas del Cambio Climático

3La humanidad emite 7000 millones de toneladas de Carbono anualmente


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Cambio de Temperatura en grados Celsius

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El uso de biocombustibles no contribuye con el aumento de Carbono fósil en la Atmósfera

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Si se tratara solo de emisiones de CO2 emitidos por las actividades humanas, el cambio climático en el Siglo XXI

í d 1 2 C l i i b l f ósería de 1-2 Celsius, sin embargo, el fenómeno es mas complejo y sus efectos podrían llegar a aumentos de temperatura de 5-12 Celsius, esto debido a los siguientes factores:

• Reduccion del Fenómeno de “Oscurecimiento Global” (Global Dimming)

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• Acumulación de Carbono de actividades humanas en la biomasa de selvas tropicales tales como el Amazonas

• Estabilidad de las reservas de Hidratos de Metano

Razones para el uso de Biocombustibles1 Evitar las consecuencias adversas del Cambio Climático

Que es Global Dimming?En los 1950’s, Gerald Stanhill, un ingeniero agrícola Israelí,

midió la cantidad de irradiación solar que incide en diversos puntos de Israel, esto para calcular coeficientes útiles en el calculo de los requerimientos de agua de irrigación para diversos cultivos.

A principios de los 1980’s, volvió a medir dicho parámetro en las mismas locaciones, esto para actualizar las tablas

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usadas por productores agrícolas.

Stanhill notó que en promedio, la cantidad de irradiación solar en las locaciones disminuyó en un 22% a lo largo de aproximadamente 30 años.

Stanhill publicó su hallazgo, pero fue ignorado por la comunidad científica internacional.

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Años después, ingenieros agrícolas de otras naciones l t d i di ió l d l 1950’compararon lecturas de irradiación solar de los 1950’s

con lecturas tomadas a principios de los 1990’s.

Se encontró que de 1950 a 1990 la irradiación solar en la Antártica se redujo en 9%, en Norteamérica se redujo 10%, en el norte de Europa se redujo un 16%, y en partes de Rusia se redujo en 30%. Se notó que la irradiación solar disminuyó mas en áreas industrializadas o sujetas a

l ió t t d d d á i d t i li d

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polución transportada desde áreas industrializadas.

La irradiación solar de 1950 a 1990 se redujo 4% en promedio a nivel global


Durante los 1990’s, el Dr. Veerabhadran Ramanathan de la Universidad de California San Diego elaboro la teoría de que esto es debido a la emisión de partículas suspendidas (cenizas, polvos, aerosoles) producto de la combustión de carbón mineral, diesel y combustóleo. Se probo su teoría al medir las condiciones atmosféricas de las Islas Maldivas en el Océano Indico.

Maldivas del norte reciben

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Maldivas del norte reciben contaminación de la India

Maldivas del sur no reciben contaminación alguna

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Ramanathan encontró que la concentración de partículas suspendidas en las Maldivas del norte es 10 veces mayor que en las Maldivas del sur. La irradiación solar en las Maldivas del norte fue 10% menor al valor registrado en las Maldivas del sur. Esto se debe a que la superficie de las partículas actúa como centro de condensación de humedad. Normalmente, la humedad del aire forma gotas alrededor de las partículas hasta que el peso de dicha gota la hace decantar en forma de lluvia. Dado que la cantidad de humedad en el aire es finita en un lugar determinado, cuando aumenta el numero de partículas por volumen de aire la humedad se divide entre mas partículas

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volumen de aire, la humedad se divide entre mas partículas. Las gotas asociadas no llegan a adquirir un volumen suficiente que las haga decantar, por lo que grupos de partículas con micro-gotas de agua quedan suspendidas en el aire. Estas micro-gotas flotan entre las nubes actuando como “espejos” que reflejan parte de la luz solar que incide en la atmósfera.

Razones para el uso de Biocombustibles1.Evitar las consecuencias adversas del Cambio Climático

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Se estima que la cantidad de calor que atrapan los gases de efecto invernadero en la superficie terrestre es de 2.6 a 3 W tt / 2 l i l l f d 100 W d 6Watts/m2, lo que equivale a colocar focos de 100 W separados 6 metros en toda la superficie de la tierra.

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Se estima que la cantidad de calor que deja de recibir la superficie terrestre debido al Global Dimming es de 1.5 Watts/m2, esto es aproximadamente la mitad de la energía calorífica atrapada por los gases de efecto invernadero. El incremento de temperatura durante el siglo pasado de 0.6 Celsius hubiera sido de 1.5 C de no ser por este fenómeno

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Durante la siguiente década, las emisiones de material particulado de motores di l b tió d bódiesel, combustión de carbón mineral y combustóleo disminuirán dramáticamente. Si dichos combustibles se sustituyen por combustibles fósiles limpios (tales como gas natural), se tendrá un doble efecto de presencia de gases de efecto invernadero

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gases de efecto invernadero y remoción del “espejo” de micro gotas asociadas a partículas, por lo que podría ocurrir un aumento súbito de temperatura de hasta 3 C en unos pocos años


Deposito de Carbono del Amazonas

1/3 de emisiones de CO2

Alrededor de un tercio de las emisiones totales de CO2 producidas por la

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Alrededor de un tercio de las emisiones totales de CO2 producidas por la humanidad son adsorbidas por las selvas tropicales de hoja perenne para formar biomasa (tallos, raíces, hojas, etc). Se estima que el Amazonas captura 5 toneladas de CO2 mas de las que emite anualmente por hectárea. Esto ha ocurrido mas marcadamente durante los últimos años del siglo XX (1970-actualidad). De hecho el Amazonas actúa como un deposito de Carbono que puede liberarse en caso de que los árboles de la selva mueran y se descompongan (o incendien).

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Un aumento de temperatura de 2-3 C es suficiente para cambiar el patrón de lluvias en elpatrón de lluvias en el Amazonas, volviendo a la selva mas susceptible de secarse e incendiarse, transformándose en Sabana, la cual tiene 5 veces menor capacidad de almacenamiento de Carbono. Las emisiones

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SelvaSabana Tropical de Carbono que

acumulamos durante varias décadas podrían emitirse en unos 5 años. Esto induciría un aumento adicional de temperatura de 2 Celsius


20Posible muerte del Amazonas

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Qué son los Hidratos de Metano??Son inmensas reservas de metano encapsuladas en hielo debido a altas presiones y bajas temperaturas. Normalmente están presentes en los taludes continentales cerca de bocas de río y en el permafrost de las regiones polares.

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Se estima que las reservas de hidratos de metano son aproximadamente 140 veces mayores a todas las reservas de petroleo usadas por la humanidad desde 1850 hasta el dia de hoy.

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Los hidratos de metano son estables a altas presiones o bajas temperaturas. Es posiblebajas temperaturas. Es posible desestabilizar los hidratos de metano si la temperatura atmosférica se eleva 5 Celsius. En tal caso trillones de toneladas de metano serian emitidas a la atmósfera.

En caso de desestabilizarse, los hidratos liberan 174 veces el

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hidratos liberan 174 veces el volumen del sólido en metano. El metano tiene 21 veces mas capacidad de atrapar energía calorífica que el CO2 . Es por esto que pueden elevar la temperatura 5-7 Celsius en muy poco tiempo


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Evidencia paleontológica muestra que escapes de hidratos de metano han causado ti i i l d d bid t ti d t t d

Listrosaurio, ancestro de todos los mamíferos

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extinciones masivas en el pasado debido a aumentos repentinos de temperatura de 10 Celsius o mas. La mayor de ellas ocurrió hace 250 millones de años entre las eras Pérmica y Triásica. En ese entonces un grupo de animales mitad mamífero-mitad reptil llamados terápsidos dominaban la tierra. En esta ocasión se extinguieron el 95% de todas las especies de mar y tierra. La extinción de los terápsidos dejo libre el camino a los dinosaurios para dominar la Tierra por los siguientes 185 millones de años

Razones para el uso de Biocombustibles2. Beneficios a la Salud Publica - Biodiesel

Emisiones Típicas de un Camión con M t Di l (P di l ll )Motor Diesel (Promedio en las calles)CO2: 935 g/km CO: 1.76 g/kmNOx: 7.69 g/km PM finas: 0.185 g/kmGases Semivolátiles Orgánicos: 54 mg/kmCompuestos orgánicos particulados: 41 mg/kmL tí l fi d 19 7% d C

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Las partículas finas se componen de 19.7% de C orgánico, 30.8% de C elemental, el resto es material inorgánico inerte

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Razones para el uso de Biocombustibles2. Beneficios a la Salud Publica – Biodiesel-Ej. Reducción de PM

Exposicion de personas a Material Particulado fino (PM) emitido por motores diesel (basado en valores de (Lloyd y Cackette medidos en California en 2001)

• Promedio Anual de California (asumo lo mismo para Tijuana): ~ 1.4 mg/m3 *

• Carretera cercana al mar: 0.7 - 4 mg/m3

• Parada de Autobuses: 13 - 47 mg/m3

• En carretera, conduciendo atrás de un Autobús con escape bajo: ~ 130 mg/m3

• En una mina debido a maquinaria

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En una mina, debido a maquinaria pesada: 10 - 1280 mg/m3 (dependiendo cercanía a la boca de la mina)

• Se estima que una exposición de 1mg/m3 a lo largo de una vida de 70 años induce un exceso de casos de cáncer de 300 casos/millón de personas

* 1.4 mg/m3 es un dato conservador fácilmente excedido en condiciones reales, dado que hay muchos camiones antiguos en Tijuana


Tijuana: Cielo Limpio, después de una Lluvia

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San Diego CA (15 Km)

“Tanque” Imperial Beach a 8 Km “Arco” de Tijuana, enfrente de Linea

Internacional (3Km)

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Condiciones normales

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Condiciones de alta contaminación

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Riesgo de Cáncer dada una exposición a diversas sustancias durante una vida promedio de 70 años.

Compuesto Riesgo Potencial exceso casos cancers/million

% de contribucion al riesgo total

Particulas de Diesel* 540 71.2 1,3 - Butadieno 74 9.8

Benzeno 57 7.5 Tetracloruro de Carbono 30 4.0

Formaldehido 19 2.5 Cromo hexavalente 17 2.2

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Para-diclorobenzeno 9 1.2Acetaldehido 5 0.7

Percloroetileno 5 0.7 Cloruro de metileno 2 0.3

TOTAL 758 100

* Total de Particulas gruesas PM10 y Particulas finas PM2.5

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Contaminante Biodiesel 100% VS. Petrodiesel

Mezcla de Biodiesel 20% y Petrodiesel 80%

Hidrocarburos no quemados (HC)

-67% -20%

Monóxido de Carbono (CO) -45% -12%Monóxido de Carbono (CO) 45% 12%

Hollín (partículas sólidas) -48% -13%

Dióxido de Azufre (SO2) -100% -20%

Benzeno -100% -20%

Esto sin hacer

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Esto sin hacer ninguna modificación a motores diesel existentes !!!


El ligero aumento de NOx con Biodiesel no necesariamente induce problemas de salud. De hecho, un aumento de NOx con disminución de HCs envenena la reacción de formación de ozono, por lo que la cantidad total de ozono disminuye.

antes

despues

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Algunos datos del biodiesel relacionados con el control de emisiones….

1 Un motor diesel utiliza 35% menos 6000

Lubricidad de Combustible

1. Un motor diesel utiliza 35% menos combustible en volumen que un motor de gasolina para efectuar el mismo trabajo

2. A grandes rasgos para motores diesel, la reducción de emisiones de un gramo de material particulado (PM) cuesta 18 veces mas que reducir la emisión de un gramo de precursores de Ozono 1000

2000

3000

4000

5000

6000

Niv

el d

e lu

bric

idad

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gramo de precursores de Ozono (NOx y HC)

3. El añadir un 2% en volumen de biodiesel en petrodiesel con muy poco o nulo contenido de azufre le devuelve el nivel de lubricidad que tendría si fuera diesel convencional (con alto contenido de azufre).

0

1000

100% Petrodiesel 1% Biodiesel, 99% Petrodiesel

2% Biodiesel, 98% Petrodiesel

100% BiodieselContenido de Biodiesel

Razones para el uso de Biocombustibles2. Beneficios a la Salud Publica - Etanol

Contaminante Etanol 100% VS. Gasolina

Mezcla de Etanol 10% y Gasolina 90%

Hidrocarburos no d (HC)

-30% -5%quemados (HC) con uso

de EVAP solenoid

Monóxido de Carbono (CO)

-25% -3%

Material particulado -90% -22%

Benzeno -100% -10%

El etanol tiene un 33% menos poder calorifico con respecto a la gasolina, por lo que no puede usarse

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por lo que no puede usarse adecuadamente en motores sin sistemas “Flex fuel”. La mayoria de los fabricantes tendran este tipo de sistemas en sus modelos 2007 y adelante pudiendo usar hasta un 85% de etanol anhidro.

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Razones para el uso de Biocombustibles2. Beneficios a la Salud Publica - Etanol

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BRASIL: Delphi Brasil junto con GM producen el Corsa 1.8 FlexPower, capaz de usar cualquier mezcla de etanol y gasolina, incluyendo 100% etanol anhidro.

Debemos recordar que casi el 100% de los vehículos particulares son de motor de gasolina, y que el consumo diario de gasolina en México es de 200 millones de litros diarios.

Razones para el uso de Biocombustibles2. Beneficios a la Salud Publica - Biogás

Contaminante Biogas VS. Gasolina

Hidrocarburos no -50% (si no hay fugas de quemados (HC)

( y ggas a la ATM)

Monóxido de Carbono (CO)

-70%

Material particulado -90%

NOx -87%El biogás tiene un 50% menos poder calorífico con respecto al gas natural, por lo que no puede usarse adecuadamente

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al gas natural, por lo que no puede usarse adecuadamente en motores, quemadores de boilers o turbinas de gas sin modificaciones en los sistemas de inyección de gas (spreas mas grandes, inyectores con diferentes diámetros en los orificios de inyección, etc). La mayoría de los fabricantes de estufas, motores y turbinas no ofrecen kits para uso de biogás, sin embargo la adaptación para uso de biogás es relativamente sencilla y puede hacerse con pocos recursos.

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Razones para el uso de Biocombustibles2. Beneficios a la Salud Publica - Biogás

•Reduce emisiones de dióxido de Carbono y Metano a la atmósfera.

•Elimina olores desagradables

•Produce fertilizantes orgánicos sólidos y líquidos sanitariamente limpios, muy ricos en nutrientes

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•Reduce la cantidad de materia fecal en el ambiente que pueda contaminar mantos freáticos.

Razones para el uso de Biocombustibles3.Asegurar abastecimiento de energéticos

Descubrimiento de yacimientos de

El petroleo no es eterno….

40

60

ardo

s de

ar

riles

Descubrimiento de yacimientos de petróleo 1935-2000

40

0

20

1935 1955 1975 1995

Mill

a ba

Año

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El máximo de producción de petróleo se alcanzara en 10-15 años, después de eso, el precio solo subirá, dado que la demanda mundial será mayor que la oferta. Habrá una brecha que comenzara alrededor de 2016 y que para 2050 será el doble que la producción total de petróleo en 2006

60

80

e ba

rrile

s de

ól

eo

Brecha demanda-producción 2016-2050

Demanda

q p p

41

0

20

40

1960 1985 2010 2035

Mill

ardo

s de

petr

ó

Año

Demanda

Producción


Las reservas totales de petróleo en 2005 son aproximadamente 48000 millones de barriles, de las cuales tan solo 15700 millones de barriles son reservas probadas. Los otros 33,000 millones de barriles restantes (incluyendo los posibles yacimientos en Noxal) son reservas probables basadas en estudios de análisis sísmico en las que depósitos de salmuera pueden ser confundidos con petróleo (no son seguros). Basándose en una producción diaria de 3.8 millones de barriles diarios las reservas probadas

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de barriles diarios, las reservas probadas durarían poco mas de 11 años en caso de no probarse la existencia de nuevas reservas. Se estima que es necesario que PEMEX invierta 130,000 millones de dólares en los próximos 10 años con el fin de explorar y validar la existencia de dichas reservas.

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México actualmente cuenta con reservas probadas de gas natural en el orden de 15 millones de millones de pies cúbicos (“Tcf” por su nomenclatura en el los mercados internacionales). La producción mexicana de gas natural es de 1.33 Tcf

d ñ i t l l d 1 5 T f D h h Mé i i tcada año, mientras que el consumo anual es de 1.5 Tcf. De hecho México importa 0.17 Tcf, los cuales cuestan 2000 millones de dólares a las finanzas nacionales. La tendencia del sector eléctrico nacional es el uso de plantas de generación eléctrica de ciclo combinado. Dichas plantas sustituirán paulatinamente a las termoeléctricas convencionales hasta llegar a producir un tercio de la electricidad demandada en México para el año 2012. Estas plantas usan gas natural, por lo que es probable que el consumo de gas natural en México se incremente de 2 a 2.5 Tcf anualmente. Basándose en precios actuales, esto costaría 30000 millones de dólares anualmente.

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Alguna Pregunta??

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Razones para el uso de Biocombustibles 4.Desarrollo Económico-Social del Campo Mexicano

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Variedad vegetal Nombre científico Kg de aceite / Hectárea

Maíz Zea mays 145 *

Palma Salvadoreña Erythea salvadorensis 189

Caléndula Calendula officinalis 256

Algodón Gossypium hirsutum 273 *

Cáñamo Cannabis sativa 305

Soya Glycine max 375 *

Linaza Linum usitatissimum 402

Semilla de calabaza Cucurbita pepo 449

Mostaza Brassica alba 481

Sésamo Sesamum indicum 585

??!!!

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Cártamo Carthamus tinctorius 655

Planta búfalo Cucurbita foetidissima 665

Girasol Helianthus annuus 800

Cacao Theobroma cacao 863

Cacahuate Arachis hypogaea 890

Canola Brassica napus 1000 **

Olivo Olea europaea 1019

Ricino Ricinus communis 1188

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Variedad vegetal Nombre científico Kg de aceite / Hectárea

Bacuri Platonia insignis 1197

Nogal Carya illinoensis 1505

Jojoba Simmondsia chinensis 1528

Palma Babassu Orbignya martiana 1541

Jatropha Jatropha curcas 1590 **

Nuez Macadamia Macadamia terniflora 1887

Nuez de Brasil Bertholletia excelsa 2010

Aguacate Persea americana 2217 **

Coco Cocos nucifera 2260 **

Oiticia Licania rigida 2520

Areas de oportunidad de negocios para Mexico

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Palma buriti Mauritia flexuosa 2743

Pequi Caryocar brasiliense 3142

Palma macauba Acrocomia aculeata 3775 **

Palma de aceite Elaeis guineensis 5000 **

Las variedades marcadas con “ * “ son variedades comunes pero poco productivas mientras que las variedades marcadas con “ ** “ son altamente productivas y relativamente fáciles de cultivar en México.


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Rendimiento de litros de etanol anhidro por tonelada de cosechaCultivo Litros Cultivo Litros

Trigo 329 Camote 105

Maíz 325 Papa 88

Trigo Sarraceno 323 Remolacha 85

Uva pasa seca 315 Higos frescos 81

Sorgo en grano 308 Alcachofa de Jerusalén 77

Arroz 308 Piña 60

Cebada 307 Caña de Azúcar 58

Dátiles Secos 306 Uva (todas las variedades) 58

Centeno 305 Manzana 55

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Centeno 305 Manzana 55

Ciruela pasa seca 279 Chabacano 52

Melaza 273 Pera 44

Sorgo en cania 273 Durazno 44

Avena 246 Ciruela fresca 42

Higos secos 228 Zanahoria 38

Papa dulce 132


Rendimiento de litros de etanol anhidro por hectareaCultivo Litros Cultivo Litros

Alcachofa de Jerusalén 11311 Uva (todas las variedades) 852

Caña de Azúcar (Hawaii) 8379 Durazno 791

Caña de Azúcar Lousiana 5231 Cebada 782

Sorgo en Caña 4712 Ciruela pasa seca 780

Remolacha 3883 Trigo 744

Papa 2818 Piña 735

Maíz 2017 Avena 537

Papa dulce 1790 Centeno 509

Arroz 1649 Pera 464

52

Manzana 1319 Melaza 424

Dátiles secos 1187 Chabacano 386

Sorgo en grano 1178 Trigo Sarraceno 322

Zanahoria 1140 Higo fresco 296

Uva pasa 958 Higo seco 278

Camote 886 Ciruela fresca 205

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Que es la alcachofa de Jerusalén?Es una planta de la misma familia de los girasoles cuya raíz se presenta como tubérculo con alto contenido de carbohidratos.

Esta planta crece comúnmente en los bosques templados del norte de Estados Unidos. En México podría cultivarse en terrenos de bosques templados de las sierras (Sierra Madre Occidental, Sierra Madre Oriental, Eje transvolcanico, Sierra Madre del Sur), pudiendo beneficiar a ejidos que hasta ahora se dedicaban sólo a la explotación de recursos forestales.

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Alcachofa de Jerusalén Helianthus tuberosus


C om bustible C osto en U S dollar (Precios de 1998) B iodiesel 100% 0.56/litro Petrodiesel 100% 0.18/litro B i di l l B 20 0 25/liB iodiesel m ezcla B 20 0.25/litroElectricidad 0.068/K m recorrido G as natural 0.47/ggc C om paración Petrodiesel

100% B iodiesel m ezcla B 20

G as natural E lectricidad

C apital inicial/cam ión U S Dollar

$50,000 $50,000 $75,000 $200,000

C osto de capital (@ 9% por 7 años)

$9,650 $9,650 $14,475 $38,600

K m recorridos/año 26,548 Km 26,548 K m 26,548 K m 26,548 Km R endim iento de 3 1 Km /lt 3 1 Km /lt 10 78 K m /ggc $0 068/Km

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R endim iento de com bustible

3.1 Km /lt 3.1 Km /lt 10.78 K m /ggc $0.068/Km

C onsum o anual de com bustible

8558 lts 8558 lts 2460 gcc

C osto anual de com bustible

$1,540 $2,200 $1,156 $1,815

C ostos totales anuales $11,190 $11,850 $15,631 $40,415 D iferencia de costos anual

B A SE $660 $4,441 $29,235

Análisis efectuado en 1998 por el Departamento de Energía de USA

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