Avances de investigación de cultivos energéticos en México

IV Congreso de Energías Renovables y Biocombustibles

Dr. Alfredo Zamarripa ColmeneroCoordinador Nacional de la Red de

Investigación e Innovación en Bioenergéticosdel INIFAP

Lima, Perú. 14 de Octubre de 2010

CONTEXTO NACIONAL E INTERNACIONAL

Reservas probadas de fuentes fósiles de energía en disminución;necesidad de reducir la dependencia de combustibles fósiles

Actividades humanas generan gases con efecto invernadero que inducencalentamiento global y cambio climático; necesidad de disminuir lasemisiones de gases contaminantesemisiones de gases contaminantes

Demanda nacional e internacional creciente de Biocombustibles;aumentar el valor agregado de las actividades económicas.

� Aviación mexicana demanda 700 millones de litros de bioturbosina.

El consumo mundial de energía pasó de 68,000 millones de barrilesde petróleo crudo en 2000 a mas de 86 mil millones en 2010.

El crecimiento medio anual es de 2.6 % ( China 10.8%; India 3.9%,México 1.6%)

Fuente: SENER, ONU, 2007

Constante aumento de los precios de recursos no renovables

Dependencia actual de oxigenantes (MTBE, TAME)

BALANCE ENERGÉTICO EN MÉXICO

Carbón 2.4 % Nucleoenergía 1.1% Hidroenergía

2.5 %

Energía eólica 0.7 %

Biomasa 3.3 %

Hidrocarburos (petróleo y gas)

90%

Fuente: Secretaria de Energía, 2010. México

CAPITULO I:

Establece las bases para:

� Promover la producción de insumos bioenergéticos a partir de las actividadesagropecuarias, forestales, algas, procesos biotecnológicos y enzimáticos del campomexicano; sin poner en riesgo la seguridad y soberanía alimentaria.

LEY DE PROMOCIÓN Y DESARROLLO DE BIOENERGÉTICOS DOF: 1 DE FEBRERO DE 2008

POLÍTICA EN BIOENERGÉTICOS

� Promover el desarrollo regional y el de las comunidades rurales menos favorecidas

� Procurar la reducción de emisiones contaminantes a la atmósfera y gases de efectoinvernadero (GEI).

� Coordinar acciones entre los Gobiernos Federal, Estatales, Distrito Federal yMunicipales, así como la concurrencia con los sectores social y privado.

SEGURIDADENERGÉTICA

ESTRATEGIA INTERSECRETARIAL DE LOS BIOENERGÉTICOS

MOTIVACIÓN PARA EL DESARROLLO DE LOS BIOCOMBUSTIBLES

IMPACTOAMBIENTAL

DESARROLLORURAL

BIOCOMBUSTIBLES

INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE BIOCOMBUSTIBLES EN MÉXICO

Especies en estudio con potencial energético

Ventajas:

� Riqueza Genética � Adaptación a Zonas Marginales � Bajos Requerimientos de Agua� Alto Potencial de Rendimiento� Altos Contenidos de Aceite y Sacarosa

� Modelaje y sistemas de información geográfica

� Conservación y caracterización morfológica, bioquímica y molecular derecursos genéticos

� Mejoramiento genético

� Manejo agronómico

LINEAS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN BIOCOMBUSTIBLES

� Inoculantes microbianos para cultivos energéticos

� Manejo y aprovechamiento de coproductos

� Certificación de calidad de los Biocombustibles

� Estudios de rentabilidad, competitividad, sustentabilidad ambiental ybalance energético

Que es una condición de éxito en potencial productivo?

Es la identificación de zonas con las mejores condiciones de éxito en la producción de un cultivo.

* Condiciones consideradas en el presente estudio

¿Qué es el potencial productivo?

Es el lugar más idóneo que por condiciones climáticas, edáficas y topográficas permite elbuen desarrollo de la planta.

LINEA 1 Modelaje y sistemas de información geográfica

Topográficos edáficos climáticos

Altitud Pendiente Suelos

Textura

Fases físicas

Fases químicas

Precipitación

Temperatura

Climas

En los estudios de zonificación que INIFAP realiza, se utilizan los Sistemas de Información Geográfica (SIG) .

Potencial Productivo de Jatropha curcas L.

Alto potencial productivo para Piñón e Higuerilla

BIODIESEL

LINEA 2.1

Colecta y conservación de Jatropha curcas L.

400 accesiones de piñón con gran diversidad genética (variación en precocidad,vigor, adaptación, contenido de aceite) colectadas en nueve estados del país.

Se utilizaron 68 descriptoresvarietales para la caracterizaciónmorfológica de 90 colectas

� Planta: 6� Hoja: 14

2.2. Caracterización morfológica del Piñón mexicano (Jatropha curcas L.)

� Hoja: 14� Flor femenina: 8� Flor masculina: 7� Racimo: 4� Fruto: 21� Semilla: 8

Análisis de componentes principales (ACP)Análisis de conglomerados jerárquico (ACJ)

Diversidad genética en piñón

Colectas de Jatropha curcas

Figura 1.- Dendograma de colectas de piñon a partir de 68 descriptores varietales

I II

III IV V VI

� De 400 colectas del Banco de Germoplasma Nacional de Piñón (Jatropha curcas L.) delINIFAP se seleccionaron 88, para el análisis de diversidad genética medianteMicrosatélites (Secuencias Simples Repetidas) y AFLP (Polimorfismos en la Longitud delos Fragmentos Amplificados)

2.3. Caracterización molecular del Piñón mexicano (Jatropha curcas L.)

393231363537

904219

3334

4938

26

4041

62

17

49444345

3852

484647

965742

10

14

3888

47

2

5857565354

727237

505152

5543

17

13

67616466

896118

5562

41

1

13756

5647

109

7276

54

12

96

33

1112

92

52

141617

3913

8

182526

4727

11

10

100

0.1

26232429

3816

4

2122

294

7

302728

7413

38

27

1920

18

58

838286767778

2720

807981

39306

6869

60

1

757374

6113

1

1

10

81534

9352

36

66

426559636072

4235

4112

878485

7865

9

7

21

7071

71

47

Figura 2.- Dendrograma de las relaciones genéticas entre colectas de Jatropha curcascon marcadores tipo microsatélite

Marcadores SSR: 74% de diversidadgenética en Jatropha curcas

Marcadores SSR: 84 % dediversidad genética en Ricinuscommunis

8163

63315831

6497

4998

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000R

endi

mie

nto

Kg-1

ha

LINEA 3.- Mejoramiento genético

Evaluación y selección de materiales elite de Jatro pha

Figura 3.- Rendimiento de genotipos Elite selecciona dos de piñón Jatropha curcas L. en Chiapas, México.

91

833 750 5831438

1017 989 976 964

18117142167

0

1000

2000

INIF

AP-RI-C

3IN

IFAP-R

I- C72

INIF

AP-RI-

C29IN

IFAP-R

I- C31

INIF

AP-RI-

C4IN

IFAP-R

I- C76

INIF

AP-RI-

C95IN

IFAP-R

I- C1

Med

ia

Ren

dim

ient

o K

g

Rendimiento de fruto Rendimiento de grano

1998

1260

9608401000

1500

2000

2500R

endi

mie

nto

(Kg/

ha)

Figura 4. Rendimiento de genotipos Elite seleccionados de higuerill a Ricinuscommunis L. en Chiapas, México.

840

693 660589

502 474

0

500

INIF

AP-RIR

IC-9

INIF

AP-RIR

IC-7

INIF

AP-RIR

IC-1

INIF

AP-RIR

IC-4

INIF

AP-RIR

IC-6

INIF

AP-RIR

IC-1

9IN

IFAP-R

IRIC

-3IN

IFAP-R

IRIC

-17

Promed

io R

endi

mie

nto

(Kg/

ha)

Tecnología de producción

LINEA 4. Manejo Agronómico

Generación de componentes tecnológicos de Jatropha

� Fechas de siembra,� Densidades de población� Fertilización� Podas� Sistemas de producción

Niveles de fertilización

Diámetro (cm)

Altura (cm)

No. de Hojas

No. de ejes

Rendimiento (kg/ha)

Incremento en la producción

(%)

T3: 60-40-20 2.42 a 50.29 a 28.92 a 1.13 284.46 350

Cuadro 1.- Resultados del experimento dosis de fertilización en piñón Jatrophacurcas en el Soconusco, Chiapas.

T2: 40-40-40 2.33 a 48.77 a 24.96 a 1.38 233.78 286

T1: 20-40-20 2.54 a 52.92 a 29.38 a 1.25 226.75 278

T4: Orgánico 2.28 a 41.83 a 22.67 a 0.50 170.40 209

T5: Testigo 1.76 b 22.16 b 10.78 b 0.00 81.28 100Medias con letra diferente en la columna son estadísticamente diferentes (Tukey a ≤ 0.05)

Medias sin letra;no se encontraron diferencia significativas entre tratamientos

.

Distancia de siembra

Densidades No. plantas/ha

Desarrollo fenológico

Rendimiento de Maíz Kg/ha

Altura (m)

Diámetro (cm)

No. Hojas

Cuadro 2.- Resultados del experimento de Piñón con Maíz en el Estado deChiapas, sistema de callejones.

Sistemas de Producción

2 x 2 2,500 1.41 2.85 130 1422

2 x 4 1250 1.10 2.21 79 4248

4 x 4 625 0.96 2.33 67 4406

Materia prima

•Contenido de lípidos.•Humedad•Cenizas•Proteínas

Calidad del aceite

•Perfil de ácidos grasos.•Viscosidad•Densidad•Índice de Yodo•Índice de Saponificación•Valor de peróxidos

LINEA 5. Certificación de calidad de los Biocombustibles

•Valor de peróxidos•Acidez Titulable

•Contenido de esteres• Glicerina libre y total•Mono, di y triglicéridos•Contenido en metanol•Viscosidad •Densidad•Humedad•Índice de Acidez•Índice de Yodo•Estabilidad de Oxidación•Residuo carbonoso•Punto de inflamación•Corrosión en lamina de cobre•Contaminación total

Calidad del Biodiesel

Laboratorio de Bioenergía

Cuadro 3.- Relación del contenido de aceite y proteínaobtenidos de muestras analizadas de J.curcas e Higuerilla.

Cultivo energéticoRango de contenido

de aceite (%)Rango del contenido

de proteína (%)

Para la determinación del contenido de aceite de semillas de Jatropha curcas yRicinus communis se utilizo el método Soxhlet de acuerdo a la norma oficialNMX-F-089-S-1978.

Jatropha curcas L. 26.32 a 56.94 40.25 a 67.81

Ricinus communis L. 27.9 a 66.0 30.0 a 68.0

El Balance Energético permite contabilizar el flujo de energía no renovable a travésde un inventario de insumos de las diferentes etapas y actividades en la obtencióndel Biocombustible, así como las salidas del sistema tomando como sistema deanálisis un periodo determinado .

LINEA 6. Balance de Energía

EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA BIOENERGÉTICA

Cuadro 4.- Balance Energ ético en diferentes sistemas de producción de higuerilla y piñón ( Jatropha curcas L.)

PAQUETE TECNOLÓGICO

CICLO DE VIDARELACIÓN

ENERGÉTICA

(MJ/ha)

GASTO

ENERGÉTICO

(MJ/ha)

PROD.

ENERGÉTICA

(MJ/ha)

HIGUERILLA TRÓPICO SECO UNICULTIVO TEMPORAL 12 606 63 121 1 : 5.0

HIGUERILLA TRÓPICO HUMEDO UNICULTIVO TEMPORAL 7 889 34 918 1 : 4.4

PAQUETE TECNOLÓGICO

CICLO DE VIDARELACIÓN

ENERGÉTICA(MJ/ha)

GASTO ENERGÉTICO

(MJ/ha)

PROD. ENERGÉTICA

(MJ/ha)

PIÑON EN UNICULTIVO DE TEMPORAL (AÑO 1) 16 821 8 032 1 : 0.48

PIÑON EN UNICULTIVO DE TEMPORAL (AÑO 1) 16 821 29 141 1 : 1.73

PIÑON ASOCIADO CON MAÍZ DE TEMPORALPIÑÓN: 13 232

MAÍZ: 12 808

PIÑÓN: 11 131

MAÍZ: 65 100 1 : 2.82

Programa de Biocombustibles del estado deChiapas:

� Siembra de 10, 000 ha de Jatropha curcas con 3,000 productores�Establecimiento de dos plantas de producción de biodiesel con capacidad

de 20 000 y 2 000 L diarios� Uso en transporte urbano en dos ciudades

72 autobuses en Tuxtla Gutiérrez, Chiapas (Conejobus)35 autobuses en Tapachula, Chiapas (Tapachultecobus)

PROYECTO DE DESARROLLO

35 autobuses en Tapachula, Chiapas (Tapachultecobus)

PERSPECTIVAS

� La producción de biocombustibles continuará en incremento debido a diversosfactores que la impulsan:

• Demanda mundial en constante crecimiento• Impulso al desarrollo regional• Seguridad energética (ahorro de petróleo)• Contribuir a reducir emisiones contaminantes

Existe voluntad política para el desarrollo y uso de los biocombustibles� Existe voluntad política para el desarrollo y uso de los biocombustibles

� México cuenta con diversidad genética, climática y edáfica para la producciónsostenible y competitiva de especies bioenergéticas. Se cuenta con especies que nocompiten directamente con la producción de alimentos considerados en la canastabásica de México

GRACIAS

Dr. Alfredo Zamarripa Colmenerozamarripa.alfredo@inifap.gob.mx

www.inifap.gob.mx