Determination of greenhouse gas emission reduction and energy production of dedicated energy crops in Colombia, based on life cycle assessment

Abstract

RESUMEN: La producción de biomasa en cultivos energéticos para remplazar recursos fósiles en procesos industriales es considerada como una opción promisoria para mitigar el impacto ambiental de la sociedad. La producción de biocombustibles sólidos a escala industrial en Colombia requerirá de la participación del gobierno, el sector privado y la academia. Este documento presenta los resultados de la evaluación de diez cultivos energéticos potenciales—entre árboles, arbustos y pastos—para la producción de biocombustibles sólidos en Colombia. Los cálculos se llevaron a cabo con información primaria levantada en una plantación experimental en la costa norte del país. La investigación explora la fase agrícola y la de transformación de biomasas plantadas en una hectárea de tierra, con un ciclo productivo de ocho años para la generación de un megajoule de energía (como calor) a partir de la biomasa producida y del poder calorífico inferior (LHV, por sus siglas en inglés). La metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) aplicada en esta investigación, compara los cultivos energéticos, desde el desempeño ambiental y energético, contra el carbón. La tesis contribuye a la evaluación de métricas recientemente propuestas en “Global guidance for life cycle impact assessment indicators, volume 1”, desarrollada por UNEP/SETAC (United Nations Environment Programme/Society of Environment Toxicology and Chemistry) Life Cycle Intiative. Los resultados muestran una diferencia marcada en el desempeño entre árboles, arbustos y pastos desde la perspectiva del ACV. Con respecto a la reducción de gases de efecto invernadero, la mayoría de las especies evaluadas tienen un mejor desempeño comparado contra el carbón. Otros impactos ambientales evaluados, como el uso del suelo y su efecto sobre la biodiversidad, e impactos de la bioenergía sobre la salud humana, muestran también un mejor desempeño en comparación con el carbón.

ABSTRACT: Biomass production from energy crops to replace fossil resources in industrial processes is considered a promising option to mitigate society´s environmental impact. Solid biofuels production at industrial scale in Colombia might take several efforts from the government, the private industry and the academy. This document presents the results of the evaluation of ten potential energy crops—among trees, bushes and grasses— for solid biofuel production in Colombia. Calculations are perfomed using primary data from an experimental plantation in the northern coast of the country. The research explores the agricultural and transformation phases of biomass planted in one hectare of land, with a total production cycle of eight years to generate one megajoule of energy (as heat), based on yields and Lower Heating Value (LHV). The Life Cycle Assessment (LCA) methodology applied in this investigation compares the energy crops, from an energetic and environmental performance, against coal. The thesis contributes to the evaluation of metrics recently proposed in the “Global guidance for life cycle impact assessment indicators, volume 1” produced by the UNEP/SETAC (United Nations Environment Programme/Society of Environment Toxicology and Chemistry) Life Cycle Intiative. Results show a marked difference in performance between trees, bushes and grasses from the LCA perspective. In the case of greenhouse gas emissions reduction, most species evaluated have a better performance compared to coal. Other environmental impacts evaluated, such as land use and its effect on biodiversity, and human health impacts from bioenergy, show a better performance compared to coal as well.