Can jatropha improve the energy supply of rural households in Africa?

There is still discussion regarding whether liquid biofuels can contribute to rural energy security in the global South. We argue that transitioning to a village energy supply based on jatropha hedges around smallholder plots is possible, but requires collective effort for the acquisition and maintenance of processing equipment and for the running of village generators. The use of jatropha oil for lighting in rural households is affordable and technically possible, but not ideal if more efficient electric solutions exist. Cooking with jatropha oil or press cake is also possible, but quantities produced in hedges can only substitute a small part of the firewood used by rural households.

Jatropha mahafalensis for rural energy supply in south-western Madagascar?

In many parts of the eastern African region wood-based fuels will remain dominant sources of energy in coming decades. Pressure on forests, especially in semi-arid areas will therefore continue increasing. In this context, the role of liquid biofuels as substitutes for firewood and charcoal, to help reducing pressure on woody biomass and contributing to a better energy security of rural communities, has remained controversial among researchers and practitioners. At household level, the economic and technical feasibility of straight vegetable oil (SVO) was assessed mainly on Jatropha curcas, with unpersuasive results. So far nothing is known about the suitability as an energy carrier of Jatropha mahafalensis Jum. & H. Perrier, the only endemic representative of the Jatropha genus in Madagascar. This paper explores the potential of this plant as a biofuel feedstock in the agro-pastoral area of Soalara, in the semi-arid south-western part of Madagascar. Only hedge-based production was considered to rule out competition over land with food crops. Yield data, the length of currently existing hedges and energy consumption patterns of households were used to assess the quantitative potential and economic viability of J. mahafalensis SVO for lighting and cooking. Tests were conducted with cooking and lighting devices to assess their technical suitability at household level. The paper concludes that J. mahafalensis hedges have some potential to replace paraffin for lighting (though without much economic benefit for the concerned households), but not to replace charcoal or firewood for cooking. The paper recommends that rural energy strategies in similar contexts do not focus only on substituting current fuels with SVO, but should also take into consideration other alternatives. In the case of cooking, there seems to be substantially more potential in increasing the efficiency of current fuel production and consumption technologies (kilns and stoves); and in the case of lighting, solutions based on SVO need to be compared against other options such as portable solar devices.

Rendimiento de aceite de colza cultivada bajo riego : Mendoza (Argentina)

En el 2010 será obligatorio cortar en un 5% los combustibles de origen fósil (gasoil y naftas) con biocombustibles (biodiesel y bioetanol). La principal materia prima para elaborar biodiesel son los aceites vegetales. Cada región tiene ventajas comparativas para producir alguna oleaginosa. En Cuyo, una de las limitantes para la producción agrícola es la disponibilidad de agua, fundamentalmente en verano, cuando demandan este recurso los cultivos tradicionales de la región. En este contexto, se estudió el rendimiento del cultivo de colza, oleaginosa de ciclo invernal, en el oasis Norte de la región de Cuyo, con el objetivo de valorar su aptitud para proveer aceite. Se probaron tres cultivares en tres fechas de siembra (abril, mayo y junio), durante los ciclos 2005 y 2006. Las siembras de abril y mayo rindieron más que la de junio y estuvieron asociadas a mayor duración de ciclo del cultivo. No hubo diferencias de porcentaje de aceite de las semillas entre tratamientos, que osciló entre el 48 y 49%. El rendimiento de aceite por ha superó los 1500 kg en las siembras de abril y mayo y estuvo algo por debajo en las de junio.

Uso de aguas residuales urbanas en el riego de colza (Brassica napus L.) con destino a biocombustible

El aceite de colza es comestible pero también puede utilizarse en la producción de biodiesel. Cuando el destino es el energético, el cultivo puede regarse con aguas residuales urbanas o cloacales. La mayor proporción del uso de éstas en el mundo ocurre en regiones áridas donde otras fuentes de agua son escasas, situación que se plantea en los oasis irrigados de Mendoza. En este trabajo se comparó el rendimiento de un cultivar invernal de colza regado con agua cloacal (AC) y agua subterránea (AS), y su potencial para producir biodiesel. La experiencia se llevó a cabo en una planta de tratamiento de agua cloacal de Obras Sanitarias en el departamento Tunuyán (33° 32’ 89’’ S; 69° 00’ 80’’ O; 859 m snm). El rendimiento de semilla de AC fue significativamente mayor que el de AS (7690 y 3886 kg/ha, respectivamente). La cantidad de biodiesel factible de producir por cada hectárea de cultivo asciende a 2800 kg en el tratamiento AC y a 1400 kg en AS. El uso de aguas residuales urbanas genera un nicho interesante para la producción de biocombustibles, utilizando un recurso hídrico con limitaciones para producir alimentos.

Producción de agrocombustibles : ¿Territorios objetivos o territorios posibles?

Desde de la colonización los territorios de América Latina y de Africa fueron puestos al servicio de las metrópolis. La globalización del capitalismo financiero sigue el mismo patrón, deslocalizando la producción de agrocombustibles y concentrando el capital en las transnacionales agrarias. Recorremos cinco mitos que buscan legitimar esta producción y abordamos dos estudios de caso (Guatemala y Senegal) que ponen en evidencia la utilización de los territorios objetivos perjudicando las poblaciones indígenas y fundamentalmente las mujeres. El artículo finaliza con una reflexión sobre el pasaje de los territorios objetivos a Territorios Posibles, de la mano de la Inteligencia Territorial

Biocombustibles en Argentina, Brasil y Colombia : Avances y limitaciones

Los biocombustibles introducen espacios agrícolas en la producción energética. Luego modifican la gobernanza de las redes energéticas y de los territorios productivos. Las principales críticas a los biocombustibles se dirigen a su producción a partir de cultivos tradicionales, pero interesa preguntarse también sobre la sostenibilidad de su producción a partir de cultivos alternativos, que no competirían con los cultivos alimentarios, puesto que se ubicarían en regiones agrícolas marginales. El texto trata sobre las producciones de biocombustibles de los países de América del Sur, en sus contextos internacionales, nacionales y locales. Se profundiza la mirada sobre Argentina, Brasil y Colombia, líderes continentales en el sector. Se analizan la evolución del mercado energético, los actores involucrados y las políticas implementadas. A otra escala, se plantea la puesta en marcha de las cadenas de biocombustibles alternativos.

Biocombustibles en Argentina, Brasil y Colombia : Avances y limitaciones

Los biocombustibles introducen espacios agrícolas en la producción energética. Luego modifican la gobernanza de las redes energéticas y de los territorios productivos. Las principales críticas a los biocombustibles se dirigen a su producción a partir de cultivos tradicionales, pero interesa preguntarse también sobre la sostenibilidad de su producción a partir de cultivos alternativos, que no competirían con los cultivos alimentarios, puesto que se ubicarían en regiones agrícolas marginales. El texto trata sobre las producciones de biocombustibles de los países de América del Sur, en sus contextos internacionales, nacionales y locales. Se profundiza la mirada sobre Argentina, Brasil y Colombia, líderes continentales en el sector. Se analizan la evolución del mercado energético, los actores involucrados y las políticas implementadas. A otra escala, se plantea la puesta en marcha de las cadenas de biocombustibles alternativos.

Producción de agrocombustibles : ¿Territorios objetivos o territorios posibles?

Desde de la colonización los territorios de América Latina y de Africa fueron puestos al servicio de las metrópolis. La globalización del capitalismo financiero sigue el mismo patrón, deslocalizando la producción de agrocombustibles y concentrando el capital en las transnacionales agrarias. Recorremos cinco mitos que buscan legitimar esta producción y abordamos dos estudios de caso (Guatemala y Senegal) que ponen en evidencia la utilización de los territorios objetivos perjudicando las poblaciones indígenas y fundamentalmente las mujeres. El artículo finaliza con una reflexión sobre el pasaje de los territorios objetivos a Territorios Posibles, de la mano de la Inteligencia Territorial

Producción de agrocombustibles : ¿Territorios objetivos o territorios posibles?

Desde de la colonización los territorios de América Latina y de Africa fueron puestos al servicio de las metrópolis. La globalización del capitalismo financiero sigue el mismo patrón, deslocalizando la producción de agrocombustibles y concentrando el capital en las transnacionales agrarias. Recorremos cinco mitos que buscan legitimar esta producción y abordamos dos estudios de caso (Guatemala y Senegal) que ponen en evidencia la utilización de los territorios objetivos perjudicando las poblaciones indígenas y fundamentalmente las mujeres. El artículo finaliza con una reflexión sobre el pasaje de los territorios objetivos a Territorios Posibles, de la mano de la Inteligencia Territorial

Biocombustibles en Argentina, Brasil y Colombia : Avances y limitaciones

Los biocombustibles introducen espacios agrícolas en la producción energética. Luego modifican la gobernanza de las redes energéticas y de los territorios productivos. Las principales críticas a los biocombustibles se dirigen a su producción a partir de cultivos tradicionales, pero interesa preguntarse también sobre la sostenibilidad de su producción a partir de cultivos alternativos, que no competirían con los cultivos alimentarios, puesto que se ubicarían en regiones agrícolas marginales. El texto trata sobre las producciones de biocombustibles de los países de América del Sur, en sus contextos internacionales, nacionales y locales. Se profundiza la mirada sobre Argentina, Brasil y Colombia, líderes continentales en el sector. Se analizan la evolución del mercado energético, los actores involucrados y las políticas implementadas. A otra escala, se plantea la puesta en marcha de las cadenas de biocombustibles alternativos.

Use of alternative fuels obtained from renewable sources in brayton cycles

Analysis and simulation of the behaviour of gas turbines for power generation using different nonconventional fuels obtained from different renewable sources are presented. Three biomass-tobiofuel processes are considered: anaerobic digestion of biomass (biogas), biomass gasification (synthesis gas) and alcoholic fermentation of biomass and dehydration (bioethanol), each of them with two different biomass substrates (energy crops and municipal solid waste) as input. The gas turbine behaviour in a Brayton cycle is simulated both in an isolated operation and in combined cycle. The differences in gas turbine performance when fired with the considered biofuels compared to natural gas are studied from different points of view related with the current complex energetic context: energetic and exergetic efficiency of the simple/combined cycle and CO2 emissions. Two different tools have been used for the simulations, each one with a different approach: while PATITUG (own software) analyses the behaviour of a generic gas turbine allowing a total variability of parameters, GT-PRO (commercial software) is more rigid, albeit more precise in the prediction of real gas turbine behaviour. Different potentially interesting configurations and its thermodynamic parameters have been simulated in order to obtain the optimal range for all of them and its variation for each fuel.

Analysis of the Behaviour of Biofuel-Fired Gas Turbine Power Plants

The utilisation of biofuels in gas turbines is a promising alternative to fossil fuels for power generation. It would lead to significant reduction of CO2 emissions using an existing combustion technology, although significant changes seem to be needed and further technological development is necessary. The goal of this work is to perform energy and exergy analyses of the behaviour of gas turbines fired with biogas, ethanol and synthesis gas (bio-syngas), compared with natural gas. The global energy transformation process (i.e. from biomass to electricity) has also been studied. Furthermore, the potential reduction of CO2 emissions attained by the use of biofuels has been determined, considering the restrictions regarding biomass availability. Two different simulation tools have been used to accomplish the aims of this work. The results suggest a high interest and the technical viability of the use of Biomass Integrated Gasification Combined Cycle (BIGCC) systems for large scale power generation.

Aspectos de la medición dinámica instantánea de emisiones de motores. Aplicación al desarrollo de un equipo portátil y una metodología para estudios de contaminación de vehículos en tráfico real.

Esta Tesis Doctoral se encuadra en el ámbito de la medida de emisiones contaminantes y de consumo de combustible en motores de combustión interna alternativos cuando se utilizan como plantas de potencia para propulsión de vehículos ligeros de carretera, y más concretamente en las medidas dinámicas con el vehículo circulando en tráfico real. En este ámbito, el objetivo principal de la Tesis es estudiar los problemas asociados a la medición en tiempo real con equipos embarcados de variables medioambientales, energéticas y de actividad, de vehículos ligeros propulsados por motores térmicos en tráfico real. Y como consecuencia, desarrollar un equipo y una metodología apropiada para este objetivo, con el fin de realizar consiguientemente un estudio sobre los diferentes factores que influyen sobre las emisiones y el consumo de combustible de vehículos turismo en tráfico real. La Tesis se comienza realizando un estudio prospectivo sobre los trabajos de otros autores relativos al desarrollo de equipos portátiles de medida de emisiones (Portable Emission Measurement Systems – PEMS), problemas asociados a la medición dinámica de emisiones y estudios de aplicación en tráfico real utilizando este tipo de equipos. Como resultado de este estudio se plantea la necesidad de disponer de un equipo específicamente diseñado para ser embarcado en un vehículo que sea capaz de medir en tiempo real las concentraciones de emisiones y el caudal de gases de escape, al mismo tiempo que se registran variables del motor, del vehículo y del entorno como son la pendiente y los datos meteorológicos. De esta forma se establecen las especificaciones y condiciones de diseño del equipo PEMS. Aunque al inicio de esta Tesis ya existían en el mercado algunos sistemas portátiles de medida de emisiones (PEMS: Portable Emissions Measurement Systems), en esta Tesis se investiga, diseña y construye un nuevo sistema propio, denominado MIVECO – PEMS. Se exponen, discuten y justifican todas las soluciones técnicas incorporadas en el sistema que incluyen los subsistema de análisis de gases, subsistemas de toma de muestra incluyendo caudalímetro de gases de escape, el subsistema de medida de variables del entorno y actividad del vehículo y el conjunto de sistemas auxiliares. El diseño final responde a las hipótesis y necesidades planteadas y se valida en uso real, en banco de rodillos y en comparación con otro equipos de medida de emisiones estacionarios y portátiles. En esta Tesis se presenta también toda la investigación que ha conducido a establecer la metodología de tratamiento de las señales registradas en tiempo real que incluye la sincronización, cálculos y propagación de errores. La metodología de selección y caracterización de los recorridos y circuitos y de las pautas de conducción, preparación del vehículo y calibración de los equipos forma también parte del legado de esta Tesis. Para demostrar la capacidad de medida del equipo y el tipo de resultados que pueden obtenerse y que son útiles para la comunidad científica, y las autoridades medioambientales en la parte final de esta Tesis se plantean y se presentan los resultados de varios estudios de variables endógenas y exógenas que afectan a las emisiones instantáneas y a los factores de emisión y consumo (g/km) como: el estilo de conducción, la infraestructura vial, el nivel de congestión del tráfico, tráfico urbano o extraurbano, el contenido de biocarburante, tipo de motor (diesel y encendido provocado), etc. Las principales conclusiones de esta Tesis son que es posible medir emisiones másicas y consumo de motores de vehículos en uso real y que los resultados permiten establecer políticas de reducción de impacto medio ambiental y de eficiencia energética, pero, se deben establecer unas metodologías precisas y se debe tener mucho cuidado en todo el proceso de calibración, medida y postratamientos de los datos. Abstract This doctoral thesis is in the field of emissions and fuel consumption measurement of reciprocating internal combustion engines when are used as power-trains for light-duty road vehicles, and especially in the real-time dynamic measurements procedures when the vehicle is being driven in real traffic. In this context, the main objective of this thesis is to study the problems associated with on-board real-time measuring systems of environmental, energy and activity variables of light vehicles powered by internal combustion engines in real traffic, and as a result, to develop an instrument and an appropriate methodology for this purpose, and consequently to make a study of the different factors which influence the emissions and the fuel consumption of passenger cars in real traffic. The thesis begins developing a prospective study on other authors’ works about development of Portable Emission Measurement Systems (PEMS), problems associated with dynamic emission measurements and application studies on actual traffic using PEMS. As a result of this study, it was shown that a measuring system specifically designed for being on-board on a vehicle, which can measure in real time emission concentrations and exhaust flow, and at the same time to record motor vehicle and environment variables as the slope and atmospheric data, is needed; and the specifications and design parameters of the equipment are proposed. Although at the beginning of this research work there were already on the market some PEMS, in this Thesis a new system is researched, designed and built, called MIVECO – PEMS, in order to meet such measurements needs. Following that, there are presented, discussed and justify all technical solutions incorporated in the system, including the gas analysis subsystem, sampling and exhaust gas flowmeter subsystem, the subsystem for measurement of environment variables and of the vehicle activity and the set of auxiliary subsystems. The final design meets the needs and hypotheses proposed, and is validated in real-life use and chassis dynamometer testing and is also compared with other stationary and on-board systems. This thesis also presents all the research that has led to the methodology of processing the set of signals recorded in real time including signal timing, calculations and error propagation. The methodology to select and characterize of the routes and circuits, the driving patterns, and the vehicle preparation and calibration of the instruments and sensors are part of the legacy of this thesis. To demonstrate the measurement capabilities of the system and the type of results that can be obtained and that are useful for the scientific community and the environmental authorities, at the end of this Thesis is presented the results of several studies of endogenous and exogenous variables that affect the instantaneous and averaged emissions and consumption factors (g/km), as: driving style, road infrastructure, the level of traffic congestion, urban and extra-urban traffic, biofuels content, type of engine (diesel or spark ignition) etc. The main conclusions of this thesis are that it is possible to measure mass emissions and consumption of vehicle engines in actual use and that the results allow us to establish policies to reduce environmental impact and improve energy efficiency, but, to establish precise methodologies and to be very careful in the entire process of calibration, measurement and data post-treatment is necessary.

Potencial del cultivo de la chumbera (Opuntia ficus-indica (L) Miller) para la obtención de biocombustibles

El presente trabajo trata sobre el potencial del cultivo de chumbera (Opuntia ficus-indica (L) Miller) para la obtención de dos biocombustibles: bioetanol y biogás. Para lograr este objetivo se ha estudiado, por una parte, el empleo de procedimientos orientados a la producción de bioetanol no celulósico a partir de cladodios de chumbera, lo que ha dado como resultado rendimientos de entre 156 y 221 litros de etanol por cada tonelada de materia seca de biomasa, y, por otra, la obtención de biogás mediante la digestión anaeróbica de los mismos en régimen mesófilo, donde se han hallado rendimientos en torno a 198 m3 de metano por tonelada de materia seca. Una vez determinado el potencial de la materia prima se han diseñado procesos para una escala industrial que permitan la transformación de los cladodios de chumbera en ambos biocombustibles y se han determinado sus balances energéticos, los cuales han dado como resultado la autosuficiencia de ambos procesos, obteniéndose, además, un excedente térmico de 1.235 kcal L-1 de etanol producido, y en torno a 140 kep de energía total (térmica + eléctrica) por tonelada de materia seca empleada en la digestión anaeróbica. Por último se ha estimado el potencial de producción de ambos combustibles en un área apta para el cultivo de la chumbera. En concreto, este estudio se ha llevado a cabo para la provincia de Almería, elegida por tratarse de una zona con cierta tradición en el manejo de esta planta y presentar un clima semiárido mediterráneo. La superficie apta para el cultivo de la chumbera en esta provincia se ha estimado en 100.616 ha y el rendimiento medio del cultivo en 5 t MS ha-1 año-1. En el caso del bioetanol esto implicaría un potencial de producción en torno a 82.158 m3 año-1 que podrían dar lugar a la creación de dos macrodestilerías (con una producción de 100.000 L diarios) o de 49 microdestilerías (con 5.000 L diarios de producción). Si se optara por la transformación de la biomasa de chumbera en metano, podrían obtenerse 99,4 M de metros cúbicos, lo cual permitiría el establecimiento de 79 plantas de cogeneración de 500 kW cada una. ABSTRACT The present work deals with the potential of prickly pear (Opuntia ficus-indica (L) Mill.) biomass as a feedstock for bioethanol and biogas. In order to reach this objective different procedures aiming at the production of non-cellulosic bioethanol from cladodes were carried out; yields from156 to 221 litres of bioethanol per ton of dry matter were found. Mesophilic anaerobic digestion of cladodes was also studied and yields around 198 m3 of methane per ton of dry matter were reached. From these results, processes on an industrial scale were designed for both pathways of energy conversion of prickly-pear biomass and the respective energy balances were calculated. They resulted to be self-sufficient from an energetic point of view; the bioethanol pathway generated a thermal energy surplus of 1,235 kcal per litre of ethanol, while around 140 kep of total energy (heat + electricity) were obtained from the anaerobic digestion of one ton of dry cladodes. Finally, the potential production of both biofuels from prickly pear biomass was estimated for a specific area. The province of Almeria was chosen because of its climate conditions and the previous existence of prickly pear plantations. The area suitable for prickly pear cultivation in the province was estimated at a maximum of 100.616 ha, with an average yield of about 5 t DM ha-1 year-1. If prickly pear biomass were cropped for bioethanol in Almeria, the potential production of bioethanol could reach 82,158 m3 year-1, in either two macrodistilleries (100,000 L day-1) or 49 microdestilleries (5,000 L day-1). If the biogas pathway were preferred, 99. 4 Mm3 of methane could be reached and this would represent 79 CHP plants (500 kW each one).